CN112045329A - 一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法 - Google Patents

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Abstract

发明涉及集成电路封装工艺中的植球工艺过程，特别涉及一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，包括在激光刻蚀机上编辑图案，并将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来；在刻蚀后的基板上每个刻蚀的图案位置点涂助焊剂；将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的中心位置；将金属基板放入回流炉中进行回流，并将回流后的助焊剂清洗干净并烘干；本发明解决了不具有阻焊层的全金属基板无法植球、无法实现倒装焊的问题，植球且回流时，焊料球在刻蚀圈内具有自对准效应，熔化后自动与基板刻蚀圆心处对齐，回流完成时焊料球无移位、无塌陷、焊料球表面光亮无氧化、焊料球高度一致性良好。

Description

一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法
技术领域
发明涉及集成电路封装工艺中的植球工艺过程，特别涉及一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法。
背景技术
芯片倒装焊工艺在高密度封装工艺中具有广泛的应用。其主要的方法为将具有焊料球的芯片通过热压焊接法倒装焊在基板上。但在某些不具有焊料球、不具有芯片焊盘、无法单芯片植球的大面积单电极芯片的情况下，为了达到芯片大面积单电极与基板之间的点接触互连，且使芯片与基板之间必须保持一定的间隙的场合，则很难实现互连。常见的工艺方法为在芯片表面植球，再进行后续倒装焊，或必须采用模板在基板表面印刷阻焊层再加热固化，随后再进行植球和回流而使工艺变得更加复杂，基板阻焊层图形一致性不能很好地保证，且一般情况下，阻焊层不能耐受大于260℃的高温。
基于此，本发明实现了无任何阻焊层的金属基板的植球、倒装焊工艺过程。该工艺采用反向倒装法，即先在基板上植球和回流，再使用没有焊料球的芯片进行热压倒装焊。该工艺主要针对需要将芯片通过点接触的方式，倒装焊接在没有任何阻焊层的全金属基板上的场合，且保证芯片与基板之间有一定的间隙。该工艺解决了不具有任何阻焊层的全金属基板无法植球(无阻焊则焊料球塌陷)、无法实现倒装焊的问题。植球且回流时，焊料球在刻蚀圈内具有自对准效应，熔化后自动与基板刻蚀圆心处对齐，回流完成时焊料球无移位、无塌陷、焊料球表面光亮无氧化、焊料球高度一致性良好。刻蚀、点涂助焊剂、植球、回流、倒装焊等过程简单易操作，无需专门对基板进行阻焊层制作，减少了工艺步骤，加快了加工周期，不会因印刷阻焊层的存在而降低基板整体耐温特性。
发明内容
为了解决了不具有阻焊层的全金属基板无法植球、无法实现倒装焊的问题，本发明提出一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，包括：
S1、在激光刻蚀机上在激光刻蚀机上编辑的编辑图案，并将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来；
S2、在刻蚀后的基板上每个刻蚀的图案位置点涂助焊剂；
S3、将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的中心位置；
S4、将金属基板放入回流炉中进行回流，并将回流后的助焊剂清洗干净并烘干；
S5、使用倒装焊设备对无焊料球的芯片进行热压倒装焊接。
进一步的，在激光刻蚀机上编辑的刻蚀图案为多个同心圆构成，每个同心圆之间相距至少0.05mm，进行刻蚀同心圆时，刻蚀位置的一致性偏差为0.01mm。
进一步的，将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的圆心位置，焊料球不偏离基板刻蚀圆心的1/2。
进一步的，金属基板的表面镀有可焊性焊层。
进一步的，可焊性焊层镀料为铜。
进一步的，将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来时，仅将金属基板的可焊性焊层刻蚀掉，并在激光烧蚀作用下使表面的可焊性材料氧化。
进一步的，将金属基板放入回流炉中进行回流时，峰值温度偏差为±10℃。
进一步的，回流炉内的峰值温度为+40℃。
本发明解决了不具有阻焊层的全金属基板无法植球、无法实现倒装焊的问题，植球且回流时，焊料球在刻蚀圈内具有自对准效应，熔化后自动与基板刻蚀圆心处对齐，回流完成时焊料球无移位、无塌陷、焊料球表面光亮无氧化、焊料球高度一致性良好。刻蚀、点涂助焊剂、植球、回流等过程简单易操作，最终可实现在不具有阻焊层的全金属基板上的植球，实现将大面积电极的芯片通过点接触的方式倒装焊在全金属基板上，且保证芯片与基板之间有一定的间隙。
附图说明
图1为激光刻蚀阻焊植球工艺过程示意图
图2为可伐镀“镍/金”基板的激光刻蚀阻焊植球工艺发明实施例，图中，A为基板在激光刻蚀后的阵列化图形，B为点涂助焊剂且放置焊料球后的形貌，C为回流后形貌，D为回流后形貌的侧视图；
其中，(3)、焊料球；(4)、助焊剂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，具体包括以下步骤：
S1、在激光刻蚀机上编辑图案，并将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来；
S2、在刻蚀后的基板上每个刻蚀的图案位置点涂助焊剂；
S3、将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的中心位置；
S4、将金属基板放入回流炉中进行回流，并将回流后的助焊剂清洗干净并烘干；
S5、使用倒装焊设备对无焊料球的芯片进行热压倒装焊接。
进一步的，在激光刻蚀机上编辑的刻蚀图案为多个同心圆构成，每个同心圆之间相距至少0.05mm，进行刻蚀同心圆时，刻蚀精度0.01mm，刻蚀位置一致性偏差0.01mm，承载平台可真空吸附固定基板，承载平台上下可调，可与激光焦距对准。
进一步的，将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的圆心位置，焊料球不偏离基板刻蚀圆心的1/2。
进一步的，金属基板的表面镀有可焊性焊层。
进一步的，可焊性焊层镀料为铜。
进一步的，将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来出来时，仅将金属基板的可焊性焊层刻蚀掉。
进一步的，将金属基板放入回流炉中进行回流时，峰值温度偏差为±10℃。
进一步的，回流炉内的峰值温度为+40℃。
实施例1
在本实施例中，实行如图1中的步骤，具体包括：
(101)在激光刻蚀机上编辑刻蚀图形；
(102)在基板上按照编辑好的图形进行激光刻蚀；
(103)在刻蚀后的基板上植球的相应位置点涂少量助焊剂；
(104)在点涂了助焊剂的圆心处放置焊料球；
(105)将植球后的基板在设定好温度的回流炉中回流；
(106)将助焊剂清洗并烘干；
(107)使用倒装焊设备对无焊料球的芯片进行热压倒装焊接。
在本实施例中，运用具有可编辑图形、激光光源强度可控的一体化激光刻蚀机及其承载平台进行刻蚀，刻蚀图形最小尺寸0.05mm，刻蚀精度0.01mm，刻蚀位置一致性偏差0.01mm，承载平台可真空吸附固定基板，承载平台上下可调，可与激光焦距对准；镀“镍/金”、镀“镍/钯/金”或其他类型最外层镀层具有可焊性的金属基板，基材典型为铜，其最外层镀层具有可焊性。
利用具有可显微操作的点胶/贴片一体机，可在显微镜下操作下实现点涂助焊剂，助焊剂点涂采用气压控制剂量，具备微型真空吸嘴实现从物料盒中拾取，并在基板上放置焊料球，焊料球为Pb90Sn10焊料球，焊料球直径为500微米，球心不偏离基板刻蚀圆心的1/2，焊料球直径为500微米，球心不偏离基板刻蚀圆心的1/2。
在激光刻蚀机上编辑刻蚀图形，典型为同心圆，直径由内向外依次按照0.05mm递加，最内部的最小直径为焊料球直径加0.1mm，典型为5个同心圆，并将同心圆组合后，再进行等间距阵列化分布。
在基板上按照编辑好的图形进行激光刻蚀，控制激光能量和刻蚀次数，实现可以刻蚀掉最外层可焊层，保留内层镍层或镍钯层，并且激光的烧蚀作用下使可焊层氧化，形成阻焊圈，使刻蚀后的图形具有边缘阻焊作用。
在刻蚀后的基板上植球的相应位置点涂少量助焊剂，助焊剂点涂量不超出阻焊图形，且在点涂了助焊剂的圆心处放置焊料球，球心不偏离基板刻蚀圆心的1/2。
将植球后的基板在设定好温度的回流炉中回流，具体工艺峰值温度为焊料球熔点+40℃。
本发明采用反向倒装法，即先在基板上植球和回流，再使用没有焊料球的芯片进行热压倒装焊。该工艺主要针对需要将芯片通过点接触的方式，倒装焊接在没有任何阻焊层的全金属基板上的场合，且保证芯片与基板之间有一定的间隙。该工艺解决了不具有任何阻焊层的全金属基板无法植球(无阻焊则焊料球塌陷)、无法实现倒装焊的问题。植球且回流时，焊料球在刻蚀圈内具有自对准效应，熔化后自动与基板刻蚀圆心处对齐，回流完成时焊料球无移位、无塌陷、焊料球表面光亮无氧化、焊料球高度一致性良好。刻蚀、点涂助焊剂、植球、回流、倒装焊等过程简单易操作，无需专门对基板进行阻焊层制作，减少了工艺步骤，加快了加工周期，不会因印刷阻焊层的存在而降低基板整体耐温特性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、在激光刻蚀机上编辑图案，并将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来；
S2、在刻蚀后的基板上每个刻蚀的图案位置点涂助焊剂；
S3、将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的中心位置；
S4、将金属基板放入回流炉中进行回流，并将回流后的助焊剂清洗干净并烘干；
S5、使用倒装焊设备对无焊料球的芯片进行热压倒装焊接。
2.根据权利要求1所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，在激光刻蚀机上编辑的刻蚀图案为多个同心圆构成，每个同心圆之间相距至少0.05mm，进行刻蚀同心圆时，刻蚀位置的一致性偏差为0.01mm。
3.根据权利要求2所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，将焊料球放置在涂了助焊剂的刻蚀图案的圆心位置，焊料球不偏离基板刻蚀圆心的1/2。
4.根据权利要求1所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，金属基板的表面具有可焊性。
5.根据权利要求4所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，金属基板表面的可焊性材料为铜。
6.根据权利要求4所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，将编辑好的图案在金属基板上刻蚀出来时，仅将金属基板的可焊性焊层刻蚀掉，并在激光烧蚀作用下使表面的可焊性材料氧化。
7.根据权利要求1所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，将金属基板放入回流炉中进行回流时，峰值温度偏差为±10℃。
8.根据权利要求1所述的一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法，其特征在于，回流炉内的峰值温度为焊料球熔点温度加40℃。
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