CN114724966A - 一种可选择性晶圆定向凸点制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及半导体封装领域，公开了一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，先采用全开孔助焊剂涂覆网板在晶圆上完成助焊剂涂覆，随后根据晶圆中测结果或用户要求，完成KGD芯片或指定凸点制备区开孔的树脂薄膜3D打印，随后将树脂薄膜与UV键合膜贴合，按照植球网板定位孔将薄膜黏附在植球网板背面，随后完成晶圆落球、焊球回收与晶圆回流。在进行下一片晶圆凸点制备前，采用紫外灯完成晶圆背面UV照射与薄膜解键合，重复上述过程完成下一片晶圆凸点制备。本发明能够通过双层落球网板方法实现仅中测合格KDG芯片或用户指定芯片凸点制备，极大降低生产成本，提高成品率和可靠性；该方法也可实现单一晶圆不同成分不同直径凸点制备，工艺简单，灵活度高。

Description

一种可选择性晶圆定向凸点制备方法
技术领域
本发明涉及一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
随着FPGA、SoC、CPU和DSP等超大规模集成电路向高速、高密度、高性能方向发展，芯片尺寸不断增大，一颗18mm×20mm的中型die在12英寸晶圆上最多可制造150个die。同时，流片工艺从45nm向14nm再到7nm迈进，先进制程晶圆制造成品率仅为30％，而采用整个晶圆植球的方法势必造成原材料和成本的巨大浪费。晶圆的表面设置有焊盘。
目前常见的晶圆植球技术为落球法和电镀法，落球法是通过助焊剂涂覆网板在芯片焊盘上涂覆助焊剂，再通过落球网板在整个晶圆上漏置对应焊球，随后将晶圆回流完成凸点制备；电镀法是通过光刻工艺制作凹槽，再通过电化学沉积工艺在芯片焊盘上沉积相应大小凸点，随后通过回流成球完成凸点制备。
采用这两种方法主要存在以下不足：
(1)电镀法受限于光罩版成本，批量化生产必须采用单一图形曝光，无法针对每片晶圆中测结果实现仅KDG(已知好芯片)区域凸点制备。且无法在同一晶圆上实现不同成份凸点制备，且电镀法工艺步骤多，难度大，成本高。
(2)常用落球法的助焊剂涂覆网板和落球网板为全开孔网板，对晶圆采取全焊盘凸点制备方式，浪费原材料。为降低晶圆凸点制备成本、可选择性区域植球以及实现同一晶圆不同成份不同直径凸点制备，有必要开发一种可选择性晶圆定向凸点制备方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前落球法技术中无法实现同一晶圆指定区域和不同成份不同直径凸点制备造成的灵活性低、原材料浪费严重、成本高等问题，提出了一种可选择性晶圆定向凸点制备方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，包括以下步骤，
(1)在流片后的晶圆表面完成晶圆测试；
(2)在晶圆表面制备钝化层和焊盘表面制备金属化层；
(3)制作全开孔助焊剂涂覆上层网板，在步骤(2)完成的晶圆表面金属化层涂覆助焊剂；
(4)根据中测结果(或用户特定要求)，制备指定植球区开孔的双层网板；
(5)采用步骤(4)制备的双层网板对步骤(3)表面涂覆助焊剂的晶圆完成焊球漏置；
(6)将步骤(5)落球后的晶圆进行回流；
(7)将步骤(6)回流后的晶圆清洗，去除残留助焊剂与多余物；
(8)在进行下一片晶圆凸点制备前，按照步骤(4)完成对应双层植球网板制作，重复步骤(5)至步骤(7)完成下一片晶圆凸点制备。
所述不同指定植球区对应的焊球成分不同、或者直径不同；对于焊球成分不同的焊球，熔点从高到低依次完成对应凸点的制备。
所述晶圆是单一芯片晶圆或MPW拼版晶圆。
所述晶圆测试是采用测试机(ICTester)和探针卡(ProbeCard)，按照预设门限深度在流片后晶圆表面Al或Cu焊盘表面完成中测(CPTest)。
所述晶圆测试预设门限深度为焊球直径的60％。
所述钝化层材质为为SiO2、聚酰亚胺中的至少一种。
所述金属化层形状为圆形、六边形或八边形阶梯凹槽，阶梯凹槽的内槽和外槽的直径和深度，与焊球直径相匹配。
所述焊盘表面金属化层为多层金属结构，从下至上以此为Ti、Cu、Ni或Ti、Cu、Ni、Au或Ti、Cu、Ni、Cu。
所述指定植球区开孔的双层网板，上层为采用金属钢片基体制作的上层基体，下层为树脂薄膜的下层基体。
所述上层基体所有区域厚度一致，厚度为焊球直径的30％-35％；中心区域按照晶圆上所有芯片的焊盘相对布局完成全开孔。
所述上层网板开设有第一漏孔，第一漏孔沿着朝向下层基体的方向直径逐渐增大，即第一漏孔的截面形状为梯形；当焊球直径超过100μm，顶边开孔直径为焊球直径120％-130％，当焊球直径小于100μm，顶边开孔为焊球直径的110％-120％。
所述树脂薄膜材料为PLA聚乳酸或ABS塑料或SLA光敏聚合物。树脂薄膜可重复使用。
所述树脂薄膜厚度不超过焊球直径的50％；根据中测结果(或用户特定要求)采用3D打印技术完成指定植球区开孔的树脂薄膜打印。
所述树脂薄膜上层黏附UV键合膜，随后按照金属钢片上的定位孔将薄膜黏附在金属钢片背面。
所述UV键合膜中心圆形区开孔，开孔大小为晶圆直径。
所述焊球成份为SnAg球或SnAgCu球或SnAgBi球或SnAgGe球或SnAgIn球或PbSn球或铜核球或塑核球。
所述焊球漏置后采用真空吸嘴对未开孔区域残留焊球完成吸附回收。
所述晶圆回流采用热风回流或真空回流或氢还原回流方式，其最高回流温度与晶圆表面落球数量成正相关。
所述步骤(8)在进行下一片晶圆凸点制备前，采用紫外灯照射植球网板背面完成树脂薄膜与金属钢片解键合，随后完成与下一片晶圆对应的树脂薄膜制备与黏合，按照步骤(5)至步骤(7)完成下一片晶圆凸点制备。
所述与成分数量相同的指定植球区开孔双层植球网板，对于某一特定成份，其树脂薄膜开孔区域为已植球成份区和该成份植球区，即低熔点成份焊球对应的树脂薄膜开孔为高熔点成份对应植球区和该成份对应植球区。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
(1)本发明针对每片晶圆中测或用户要求，实现KDG芯片或指定区域凸点制备，实现方法简单，极大降低成本，提高工作效率和成品率。
(2)本发明按照不同成份不同直径焊球的熔点从高到低的顺序，依次采用特定双层网板完成落球回流工艺，实现了同一晶圆表面不同成份不同直径凸点的制备。
(3)本发明中双层落球网板的树脂薄膜采用PLA聚乳酸或ABS塑料或SLA光敏聚合物材料，可回收再利用，降低生产成本且环保。
(4)本发明由于不需要对晶圆全焊盘进行凸点制备，需焊接焊球数量指数级下降，可有效降低回流峰值温度和回流时间，减小助焊剂挥发，增强焊接可靠性，增大工艺窗口，提升生产效率。
(5)本发明采用真空吸嘴将落球后非凸点制备区的焊球吸走回收再利用，降低生产成本，而凸点制备区焊球由于与助焊剂接触黏附，不会被真空吸走。
(6)本发明采用了双层网板设计，漏置间隙小于等于焊球直径，避免了同一焊盘出现多球现象。
(7)本发明采用了上层金属钢片和下层可更换树脂薄膜网板设计，避免了晶圆与操作机台对金属钢片的直接接触，延长了金属钢片网板的使用寿命；且可在金属钢片网板一侧粘贴不同指定区域开孔的树脂薄膜，金属钢片网板可重复使用。
(8)本发明采用UV键合膜将树脂薄膜与网板基体黏合，进行下一片生产前采用紫外灯照射植球网板背面完成树脂薄膜与上层基体解键合，方法简单，工作效率高，并使树脂薄膜也可重复使用。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方案一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的实施例可选择性晶圆定向凸点制备方法流程图；
图2为本发明提供的实施例可选择性晶圆定向凸点制备方法结构图；
图3为本发明提供的实施例双层网板结构示意图；
图4为本发明提供的实施例可选择性晶圆定向凸点制备后示意图。
附图标记说明：1、晶圆；2、钝化层；3、金属化层；4、上层基体；5、下层基体；6、焊球；7、真空吸嘴；8、定位孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。
应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本实施例中，针对目前落球法技术中无法实现同一晶圆指定区域和不同成份不同直径凸点制备造成的灵活性差、原材料浪费严重、成本高等问题，本实施例提出了一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，参照图1，包括以下步骤：
第一步，取一片流片后的单一芯片晶圆或MPW拼版晶圆1，采用测试机(ICTester)和探针卡(ProbeCard)按照预设门限深度在流片后晶圆芯片上Al或Cu焊盘表面完成中测(CPTest)，晶圆测试预设门限深度为焊球直径的60％，以避免探针扎痕对焊盘表面造成破坏影响后续制程与焊接可靠性，通过晶圆中测得到已知好芯片(KDG)布局图。
第二步，在中测后的晶圆1表面制备钝化层2和在焊盘表面制备金属化层3。钝化层材质为SiO2、聚酰亚胺或者混合钝化层2。金属化层3形状为圆形、六边形或八边形阶梯型凹槽，内槽和外槽的直径和深度，与焊球直径相匹配。金属化层为多层金属结构，从下至上依次为Ti、Cu、Ni或Ti、Cu、Ni、Au或Ti、Cu、Ni、Cu。其中，Ti作为种子层，厚度为0.1μm～0.3μm；Cu作为黏附层厚度为3μm～5μm；Ni作为阻挡层，厚度为3μm～4μm；Au/Cu作为防氧化层，厚度为0.5μm～1μm。
第三步，在第二步完成的晶圆表面金属化层3表面涂覆助焊剂，焊盘和金属化层位置为植球区。
第四步，根据中测结果(或用户特定要求)，制作指定植球区开孔的双层网板。双层网板包括上层基体4和下层基体5，上层基体4采用金属钢片制作，金属钢片的厚度为30μm，张力为40Mpa，下层基体5为树脂薄膜。
如图2和图3所示，金属钢片对应晶圆的植球区位置全部开有第一漏孔，上层基体设置有定位孔8，定位孔8用于上层基体与晶圆的放置平台定位，从而保证金属钢片的第一漏孔与晶圆的植球区正对，在金属钢片上涂覆助焊剂，得到上层基体4；根据晶圆中测结果(或用户特定要求)采用3D打印技术完成指定植球区开第二漏孔的树脂薄膜打印，得到指定植球区开有第二漏孔的下层基体5；
将下层基体4与上层基体5之间通过UV键合膜连接，具体的，树脂薄膜上层黏附UV键合膜，随后按照上层基体的定位孔将薄膜黏附在植球网板背面。UV键合膜中心圆形区开孔，开孔大小为晶圆直径(150mm/200mm/300mm)。得到双层网板。
第三步和第四步中的助焊剂为免洗型助焊剂或水洗型助焊剂。
金属钢片所有区域厚度一致，厚度为焊球直径的30％；金属钢片中心区域按照晶圆上所有芯片的焊盘相对布局完成全开孔。沿着上层基体到下层基体的方向，第一漏孔的直降逐渐变大，开孔截面形状为梯形，当焊球直径超过100μm，顶边开孔直径为焊球直径130％，当焊球直径小于100μm，顶边开孔为焊球直径的110％。
树脂薄膜材料为PLA聚乳酸或ABS塑料或SLA光敏聚合物，可重复使用。树脂基薄膜厚度不超过焊球直径的50％。
第五步，采用第四步制作的双层网板对第三步表面金属化层涂覆助焊剂的晶圆完成焊球漏置，具体的，将双层网板的树脂薄膜置于晶圆的金属化层表面，将焊球置于双层网板表面，焊球从第一漏孔和第二漏孔落到金属化层位置，完成焊球漏置，随后采用真空吸嘴7对下层基体未开孔区域残留的焊球完成吸附回收，得到落球后的晶圆。
焊球成份为SnAg球或SnAgCu球或SnAgBi球或SnAgGe球或SnAgIn球或PbSn球或铜核球或塑核球。
第六步，将第五步落球后的晶圆进行回流，焊球焊接于晶圆上形成凸点，完成焊球与晶圆的焊接，如图4所示。
晶圆回流采用热风回流或真空回流或氢还原回流方式，其最高回流温度与晶圆表面落球数量成正相关，控制范围为熔点以上5℃～25℃。
第七步，将第六步回流后地晶圆进行清洗，去除残留助焊剂与多余物。清洗采用旋转浸泡清洗或链式清洗或表面喷淋式，可选去离子水或碱性清洗液。
第八步，在进行下一片晶圆凸点制备前，采用紫外灯照射双层网板背面完成树脂薄膜与上层基体解键合，按照第四步成对应双层植球网板制作，重复第五步至第七步完成下一片晶圆凸点制备。不同指定植球区对应的焊球成分不同、或者直径不同；对于焊球成分不同的焊球，熔点从高到低依次完成对应凸点的制备。
特别说明，对于单一晶圆不同成分不同直径凸点制备同样采用上述步骤完成。对于某一特定成份，其树脂薄膜开孔区域为已植球成份区和该成份植球区，即低熔点成份焊球对应的树脂薄膜开孔为该成份对应植球区和该成份对应植球区。顺序从熔点高的凸点开始，依次完成网板制作、落球、回流和清洗。
本发明提供了一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，能够针对每片晶圆中测或用户要求，实现KDG芯片或指定区域凸点制备，还可以按照不同成份凸点熔点从高到低的顺序，依次采用特定双层落球网板完成落球回流工艺，实现了同一晶圆表面不同成份不同直径凸点的制备，实现方法简单，有效降低回流峰值温度和回流时间，增强焊接可靠性，增大工艺窗口，降低成本，提高工作效率和成品率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)在晶圆(1)表面制备钝化层(2)，焊盘表面制备金属化层(3)，在金属化层(3)表面涂覆助焊剂，金属化层(3)位置为植球区；
(2)制作双层网板；
(2.1)在对应植球区位置为全部开有第一漏孔的上层基体(4)涂覆助焊剂；制作指定植球区开有第二漏孔的下层基体(5)；
(2.2)将下层基体(5)与上层基体(4)连接，得到双层网板；
(3)将双层网板的树脂薄膜置于晶圆(1)的金属化层(3)表面，将焊球(6)置于双层网板表面，焊球(6)从第一漏孔和第二漏孔落到金属化层(3)位置，完成焊球(6)漏置，得到落球后的晶圆(1)；
(4)对落球后的晶圆(1)进行回流，焊球(6)焊接于晶圆(1)上形成凸点，完成焊球(6)与晶圆(1)的焊接；
(5)重复步骤(2)-(4)，完成不同指定植球区的晶圆(1)与焊球(6)的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述不同指定植球区对应的焊球(6)成分不同、或者直径不同；对于焊球(6)成分不同的焊球(6)，熔点从高到低依次完成对应凸点的制备。
3.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述金属化层(3)形状为圆形、六边形或八边形阶梯凹槽，阶梯凹槽与焊球(6)尺寸相适配；金属化层(3)为多层金属结构，从下至上以此为Ti、Cu、Ni或Ti、Cu、Ni、Au或Ti、Cu、Ni、Cu。
4.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述上层基体(4)为金属钢片，下层基体(5)为树脂薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述下层基体(5)与上层基体(4)之间通过UV键合膜连接；UV键合膜正对晶圆(1)全部植球区的中心圆形区开孔，开孔直径为晶圆(1)直径。
6.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述上层基体(4)厚度为焊球直径的30％-35％。
7.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：沿着所述上层基体(4)到下层基体(5)的方向，第一漏孔的直降逐渐变大；焊球直径超过100μm，第一漏孔远离下层基体(5)的端部开孔直径为焊球直径120％-130％，当焊球直径小于100μm，第一漏孔远离下层基体(5)的端部开孔为焊球直径的110％-120％。
8.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述树脂薄膜材料为PLA聚乳酸或ABS塑料或SLA光敏聚合物；树脂薄膜厚度为焊球直径的45％-50％；采用3D打印技术完成指定植球区开第二漏孔的树脂薄膜的制作。
9.根据权利要求1所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述焊球(6)漏置后采用真空吸嘴(7)对下层基体(5)未开孔区域的残留焊球(6)完成吸附回收。
10.根据权利要求5所述的一种可选择性晶圆定向凸点制备方法，其特征在于：所述步骤(5)之前，采用紫外灯照射双层网板，完成树脂薄膜与金属钢片解键合。
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