CN116944759A - 一种低接触电阻的倒装焊加工方法及倒装互联结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低接触电阻的倒装焊加工方法，包括如下步骤：S1、分别在两个基板表面加工形成若干间隔布置的焊点，且至少一个所述基板上的焊点为凸点；S2、将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起以形成若干凸点互连结构，得到中间产品；所述中间产品中，相邻两个凸点互连结构之间通过凸点止挡结构隔离；S3、对中间产品进行加热，使凸点熔融以消除凸点表面的氧化层。该倒装焊加工方法通过在相邻凸点互连结构之间加工凸点止挡结构，对相邻的凸点在熔融过程中进行隔离处理，避免了相邻凸点互联短路的问题；同时加热熔融状态的凸点消除了氧化层，使得加工而成的倒装互联结构的接触电阻在几欧姆到几十欧姆，大大降低了接触电阻。
Description
技术领域
本发明属于倒装焊技术领域，具体涉及一种低接触电阻的倒装焊加工方法及倒装互联结构。
背景技术
现有的凸点倒装焊技术形成的互联结构中，由于凸点表面形成有氧化层，根据凸点尺寸设计不同，其接触电阻在几百欧姆到几千欧姆，而为了获得低接触电阻的凸点互连结构，通常需要在倒装焊过程中喷淋甲酸进行还原反应处理，消除凸点表面的氧化层，或者通过对凸点进行加热处理，使得上下两个凸点充分接触。
然而，现有的上述处理方式存在如下缺点：(1)凸点被加热软化后，需要施加在两个样品之间的压力非常小，这就要求倒装焊设备具有精准的压力控制能力以及十分灵敏的压力反馈侦测，否则，容易使得凸点形变过大而使相邻凸点互联短路，甚至导致两个样品硬接触而产生裂片的风险；(2)由于甲酸具有腐蚀性，因此，需要在倒装焊设备中增加相应的气密性设计，保证在喷淋甲酸过程中，酸液不会扩散到周围环境中，这也使得倒装焊设备变得更为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种低接触电阻的倒装焊加工方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低接触电阻的倒装焊加工方法，包括如下步骤：
S1、分别在两个基板表面加工形成若干间隔布置的焊点，且至少一个所述基板上的焊点为凸点；
S2、将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起以形成若干凸点互连结构，得到中间产品；所述中间产品中，相邻两个凸点互连结构之间通过凸点止挡结构隔离；
S3、对中间产品进行加热，使凸点熔融以消除凸点表面的氧化层。
进一步的，所述步骤S2中，焊点的倒装焊接在室温下进行。
进一步的，所述凸点止挡结构采用不导电的介质材料，且该介质材料的熔点高于凸点材料的熔点。
进一步的，所述凸点止挡结构在步骤S1中形成，具体形成方法如下：在至少一个所述基板的表面加工位于相邻焊点之间的介质薄膜，以形成凸点止挡结构。
进一步的，所述步骤S2中，在将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，其中一个所述基板上的凸点止挡结构与另一个所述基板上的凸点止挡结构或者另一个所述基板的表面相抵接。
进一步的，所述凸点止挡结构在步骤S2中形成，具体形成方法如下：在将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，在两个基板之间设置填充胶，以形成凸点止挡结构。
进一步的，两个所述基板上的焊点均为凸点。
进一步的，各所述基板上的相邻凸点之间均设置凸点止挡结构，且凸点的上表面高于凸点止挡结构的上表面。
进一步的，所述基板上对应凸点位置加工有金属打底层，所述凸点通过物理气相沉积的方法在金属打底层上一次沉积而成。
另外，本发明还提供了一种低接触电阻的倒装互联结构，包括相对布置的两个基板，所述基板上设有若干间隔布置的焊点，至少一个所述基板上的焊点为凸点，两个所述基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接形成若干凸点互连结构，相邻两个所述凸点互连结构之间设有凸点止挡结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种倒装焊加工方法通过在相邻凸点互连结构之间加工凸点止挡结构，对相邻的凸点在熔融过程中进行隔离处理，避免了相邻凸点互联短路的问题；同时加热熔融状态的凸点消除了氧化层，使得加工而成的倒装互联结构的接触电阻在几欧姆到几十欧姆，大大降低了接触电阻。
(2)本发明提供的这种倒装焊加工方法中凸点的倒装焊接工艺在室温下进行，降低了设备压力控制和反馈精度的要求，同时倒装焊接后的凸点通过加热互熔方式消除氧化层，无需使用甲酸，因而通过常规的倒装焊设备即可完成加工过程，降低了加工成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明倒装焊加工方法中加工金属打底层的示意图；
图2是本发明倒装焊加工方法中加工凸点止挡结构的示意图；
图3是本发明倒装焊加工方法中加工凸点的示意图；
图4是本发明倒装焊加工方法中室温下两个样品倒装焊接示意图；
图5是本发明倒装焊加工方法加工而成的倒装互联结构示意图。
附图标记说明：1、基板；2、金属打底层；3、凸点止挡结构；4、凸点。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例提供了一种低接触电阻的倒装焊加工方法，包括如下步骤：
S1、分别在两个基板1表面加工形成若干间隔布置的焊点，且至少一个所述基板上的焊点为凸点4。具体的，可以是一个基板1上的焊点加工为凸点4形式，另一个基板1上的焊点加工为焊盘形式；也可以是两个基板1上的焊点都加工为凸点4。
S2、将两个基板1上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起以形成若干凸点互连结构，得到中间产品；所述中间产品中，相邻两个凸点互连结构之间通过凸点止挡结构3隔离。
S3、对中间产品进行加热，使凸点4熔融以消除凸点4表面的氧化层。
本实施例提供的这种低接触电阻的倒装焊加工方法通过在相邻凸点互连结构之间加工凸点止挡结构3，对相邻的凸点4在熔融过程中进行隔离处理，避免了相邻凸点4互联短路的问题；同时加热熔融状态的凸点4消除了氧化层，使得加工而成的倒装互联结构的接触电阻在几欧姆到几十欧姆，大大降低了接触电阻。
在本实施例中，所述基板1可以采用但不限于芯片基板、电路基板等，两个基板1可以相同，也可以不同；例如，对红外探测器进行倒装焊加工时，其中一个基板1为光敏阵列基板，另外一个基板2为读出电路基板。
作为一种优选的实施方式，在上述步骤S2中，其两个基板1上焊点的倒装焊工艺在室温条件下进行，此条件下凸点4未软化，从而避免了现有凸点4软化状态下对倒装焊设备压力控制和反馈精度要求高的问题。
在一些具体实施例中，上述步骤S2中，倒装焊接工艺条件采用在室温25度左右条件下，将两个基板1上的焊点对准并施加1.66～2.45N的压力进行焊接；上述步骤S3中，对中间产品加热的具体过程如下：设置热板温度250～280℃，待温度稳定后放置中间产品，加热时间10～15分钟，时间到取出快速冷却。
而为了中间产品加热过程中，凸点止挡结构3能够对熔融状态的凸点4起到隔离作用，需要凸点止挡结构3在此加热过程中不熔，因而本实施例中凸点止挡结构3选用具有一定机械强度的不导电的介质材料，且该介质材料的熔点要高于凸点4材料的熔点，这样在加热使凸点4熔融时，凸点止挡结构3不会软化，能对熔融成液态的凸点4起到阻挡作用。
对于凸点止挡结构3的加工方式，在一些实施例中，凸点止挡结构3可以在上述步骤S1中形成，在至少一个所述基板1的表面加工位于相邻焊点之间的介质薄膜，以形成凸点止挡结构3；具体形成方法如下：在基板1上沉积一层凸点止挡结构3的材料，再在该材料上涂光刻胶并图形化，然后刻蚀掉所需凸点止挡结构3以外的材料即可。此方式加工形成凸点止挡结构3中，凸点止挡结构3的材料可采用但不限于氮化硅、氧化硅、多晶硅等非金属材料，并且凸点止挡结构3设计加工呈薄膜状。
可选的实施方式，可以在两个基板1的相对应位置上均加工凸点止挡结构3，此种结构形式下，所述步骤S2中，在将两个基板1上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，两个基板1上对应的凸点止挡结构3相抵接。还可以选择仅在其中一个基板1上加工凸点止挡结构3，此种结构形式下，所述步骤S2中，在将两个基板1上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，基板1上的凸点止挡结构3与另一个基板1的表面相抵接。
在另一些实施例中，凸点止挡结构3还可以在上述步骤S2中形成，具体形成方法如下：在将两个基板1上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，在两个基板1之间设置填充胶，以形成凸点止挡结构3。此方式加工形成凸点止挡结构3中，凸点止挡结构3的材料可采用但不限于环氧树脂或聚氨酯，填充胶填满于两个基板1之间除凸点互连结构以外的区域。
可选的实施方式，所述基板1上对应凸点4位置可先加工金属打底层2，再在金属打底层2上加工凸点4，利用金属打底层2承载凸点4，在一些具体实施例中，可通过物理气相沉积的方式在金属打底层2上直接沉积一层凸点4，凸点4可采用但不限于铟、铜、锡、金等金属材质，其形状可以是球状、柱状等。
优化的，可以设计金属打底层2为由粘附层和阻挡层形成的复合金属打底层，所述粘附层镀于基板1表面，所述阻挡层镀于粘附层上，后续凸点4加工于阻挡层上。其中，阻挡层可以阻止凸点4的金属扩散，保证凸点4与金属打底层2的键合强度，阻挡层可采用Ni、Cu、Pd、Pt等金属中的一种；粘附层可以改善阻挡层与基板1之间的粘附性能，避免出现脱落，粘附层可采用Cr、Ti、V等金属中的一种。
作为一种具体的实施方式，将两个所述基板1上的焊点均加工成凸点4，并在两个基板1上的相邻凸点4之间均设置凸点止挡结构3，具体的，如图2所示，可以在基板1上加工金属打底层2之后，在每个金属打底层2的周围对应加工一个凸点止挡结构3，凸点止挡结构3形成围墙，围设于金属打底层2周围，从而可将每个金属打底层2上的凸点4与周围完全隔离起来，限制加热熔融状态下凸点4的扩散范围，防止相邻凸点4之间互联短路。
而且相较于现有倒装焊接过程中，加热软化后的凸点4倒焊间距不易控制，本发明中，设计在上述步骤S2中两个基板1上对应凸点4倒装焊后，两个基板1上对应凸点止挡结构3相抵接，因而可以通过对凸点止挡结构3高度的设计，使两个需要倒装焊接的样品之间达到合适的倒焊间距，提高了产品的加工质量和效率。
为了保证倒装焊接过程中，两个基板1上的凸点止挡结构3相抵接时，两个基板1上对应的凸点4能焊接在一起，因此本实施例在设计凸点4高度时，将所述凸点4的上表面高度超过凸点止挡结构3的上表面高度。而由于凸点4上表面高于凸点止挡结构3上表面，如图4所示，在倒装焊接过程中，通过倒装焊接设备对两个待焊接样品施加一定压力，凸点4可发生一定形变，从而可使对应的两个凸点止挡结构3完全相抵接，进而可对熔融状态的凸点4形成无缝隙阻挡作用，同时上下相对应的两个凸点4之间通过施加压力产生一定形变后焊接，提高了凸点4之间连接的强度，而且有利于凸点4之间的互熔。
在加热过程中，如图5所示，对应焊接的两个凸点4实现完全互熔状态，同时利用凸点止挡结构3可将液态的凸点4固定在设计的凸点范围内，相邻的凸点4之间不会发生互联，这样样品冷却至室温后，则可形成凸点倒装互联结构。由于在凸点4互熔过程消除了凸点4上的氧化层，因而形成的凸点倒装互联结构大大降低了其接触电阻，经检测，其接触电阻可减小达到几欧姆到几十欧姆，相较于现有倒装互联结构的几百欧姆到几千欧姆的接触电阻而言，本发明形成的凸点倒装互联结构的接触电阻成数量级下降。
另外，本发明中通过加热使凸点4互熔的方式消除了凸点4上的氧化层，因而减少了现有利用喷淋甲酸消除凸点4的氧化层的工序，提高了加工效率，而且无需考虑因酸液扩散而需改进倒装焊设备气密性的设计，可以使用常规倒装焊设备即可，降低了加工成本。
本发明还提供了一种低接触电阻的倒装互联结构，包括相对布置的两个基板1，所述基板1上设有若干间隔布置的焊点，至少一个所述基板1上的焊点为凸点4，两个所述基板1上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接形成若干凸点互连结构，相邻两个所述凸点互连结构之间设有凸点止挡结构3。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分别在两个基板表面加工形成若干间隔布置的焊点，且至少一个所述基板上的焊点为凸点；
S2、将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起以形成若干凸点互连结构，得到中间产品；所述中间产品中，相邻两个凸点互连结构之间通过凸点止挡结构隔离；
S3、对中间产品进行加热，使凸点熔融以消除凸点表面的氧化层。
2.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，焊点的倒装焊接在室温下进行。
3.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述凸点止挡结构采用不导电的介质材料，且该介质材料的熔点高于凸点材料的熔点。
4.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述凸点止挡结构在步骤S1中形成，具体形成方法如下：在至少一个所述基板的表面加工位于相邻焊点之间的介质薄膜，以形成凸点止挡结构。
5.如权利要求4所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，在将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，其中一个所述基板上的凸点止挡结构与另一个所述基板上的凸点止挡结构或者另一个所述基板的表面相抵接。
6.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述凸点止挡结构在步骤S2中形成，具体形成方法如下：在将两个基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接在一起之后，在两个基板之间设置填充胶，以形成凸点止挡结构。
7.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，两个所述基板上的焊点均为凸点。
8.如权利要求7所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，各所述基板上的相邻凸点之间均设置凸点止挡结构，且凸点的上表面高于凸点止挡结构的上表面。
9.如权利要求1所述的低接触电阻的倒装焊加工方法，其特征在于，所述基板上对应凸点位置加工有金属打底层，所述凸点通过物理气相沉积的方法在金属打底层上一次沉积而成。
10.一种低接触电阻的倒装互联结构，其特征在于，包括相对布置的两个基板，所述基板上设有若干间隔布置的焊点，至少一个所述基板上的焊点为凸点，两个所述基板上的焊点通过倒装焊工艺一一对应焊接形成若干凸点互连结构，相邻两个所述凸点互连结构之间设有凸点止挡结构。
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