TWI307640B - - Google Patents

Description

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五、發明説明q A7 B7

1 _發明領域 本發明係關於一種成形方法，詳言之，係關於一種利用 奈米級粉末之成形方法。 2 _先前技術說明 ，目前習用之電子元件接合方式多以錫膏為原科，再經由 迴終（Reflow)技術進行接合。錫膏為混合助焊劑（打取），係 以鲜錫金屬顆粒（大於25μιη)製做成牙膏狀。在接合時，首 先將錫膏黏附在基板的特定位置後，再加熱（即迴焊）以使 錫膏中之金屬顆粒熔融後重新凝固而形成接點，以將元件 接合於基板或印刷電路板上。 另外，習用之接合晶片與基板的覆晶接合技術（刊中Chip Bonding Technology)，通常以網板印刷（screenprinting)方式將 錫膏印刷於晶圓，再經迴焊以形成銲錫隆點或銲錫凸塊 (Solder Bump)，具有銲錫隆點之晶片再次經對位與迴焊以接 合於基板上。該基板之下方黏附以直徑約3〇〇叩至76〇叩 的銲錫球，藉此銲錫球再經迴焊以將該基板固定接合於印 刷電路板上，習用之該項以銲錫球接合技術稱為球柵陣列 (Ball Grid Aixay，BGA)技術；而上述結合覆晶與球柵陣列技術 則統稱為Flip Chip BGA，係為目前中央處理器（cpu)及繪圖 (Graphic)晶片等元件的主流封裝（Packaging)技術。 上述習用之接合方法中，由於必須利用迴烊將銲錫熔融 以作為接點’且因為迴焊之操作溫度相當高，通常需高達 2 5 0°C- 3 3 0 °C，故需要複雜的製程設備，包括網印、對 •V. ; .· ___；_•一_____-4- -本紙乐尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格（210X297公釐) -- 1307640 A7 B7 五、發明説明（2 位、…焊爐、植球機等’能源耗費相當高，且該迴烊 ;高溫製Ϊ步驟易損及元件之其他部位，造成該元件之損 ^進而矽響品質，亦即產品之良率控制不易。並且由於 尚溫製程限制了基板材料的選用彈性，進—步提高整體之 製造成本。 此外在半導體製s方面，於製作半導體線路之方式， 目可係以鍍膜方式（物理氣相沉積或化學氣相沉積）在晶圓 上作成面狀薄膜，再藉助曝光顯影與蝕刻的方式將不需要 的地方移除而形成導線。目前逐漸居主流技術的銅線路則 是更進一步結合電鍍銅與化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP)的方式才獲致具有朝導線的晶片。習知之製 作半導體線路方式必須以蝕刻方式移除不需要部位，故增 加製造程序，且該蝕刻製程易造成污染，需增加污染防治 設施與成本。 因此’有必要提供一創新且富進步性的方法，以解決上 述問題。 發明概沭 本發明之目的在於提供一種利用奈米級粉末之成形方 法。該成形方法包括以下步驟：（a)利用奈米級粉末製作 一組合物；（b)將該組合物形成於一元件之設定位置 上；及（c)加熱以將該組合物熔融固化成形於該元件 上。 本發明係以奈米級粉末製作一具有奈米級粉末之懸浮液 <|_- 十'___ -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4规格(21〇Χ297公釐） l3〇7640

或霄狀液，再以喷覆或網板印刷方式將該懸浮液或膏狀液 形成於一如晶圓、印刷電路板或基板等電子元件的設定位 置上。最後以加熱方式（加熱爐内加熱、輻射加熱或雷射加 熱等）將該懸浮液或膏狀液中之奈米級粉末重熔固化，以形 成一如接點或導線之連接構件於該元件上。因此，利用本 ^明之方法，由於奈米（i 〇-9m)級粉末之熔點低於原材料 白知夂熔點，故可使本發明之製程溫度較習用製程溫度大 幅降低，並可簡化製程步驟及節省能源以提高效率’同時 使產品品質提升。且由於製程溫度降低將可增大基板材料 選擇的範圍，以降低整體之製造成本。 1式簡述 圖1為本發明利用奈米級粉末之成形方法之流程圖。 螢明詳述 凊參閱圖1 ,其顯示本發明利用奈米級粉末之成形方法 之流程圖。首*於步驟i 0 i中，利用奈米級粉末製作二 組合物。該奈米級（卜100nm)粉末可為金屬粉末（ 锡、無錯銲錫、銅或館等）或陶资粉末。該组合物可為 懸浮液或膏狀液等。將該奈米級粉末加溶液以製成具有 奈米級粉末之該懸浮液，或將該奈米粉末調製成二、· 等。 爵狀液 以奈米金屬粉末製備懸浮液為例，為了防止奈米 粉末的團聚現象（Aggregation),本發明加.金屬 双面活性 1307640 五、發明説明 劑或具兩性質（親水性或親油性）的高分子共聚物，使其 吸附於金屬粒子表面，形成微包（micelie)狀態或形 成-個高分予保護層’由;^表面活性劑或是高分子的存 在而產生粒子間的排斥力使粉末間不能接觸，如此可防 止粉末團聚》接著，利用超音波震盪方式以幫助金屬粒 予的分散。^匕，可使製成之懸浮液具有適當的表_ 力及黏滯係數，以使接續之噴墨步驟能順利喷射出想要 的圖案，足後又能順利的揮發，使粉末能順利溶解。 又以合成之有機金屬化合物製備懸浮液為例，其係以 合成奈米金屬粉末的方法將金屬鹽和界面活性劑 或高分子混合，再利用化學還原方法將金屬還原成金^ 粒子，此方式在合成奈米金屬粒子時’直接以表面活性 劑或共聚化合物為模板（Template)，可以控制金屬粒子 的大小及結構，同時形成穩定的金屬粉末懸浮液。接 著，利用超音波震盪方式以寶助金屬粒子的分散。藉 此，可使製成 < 懸浮液具有適當的表面張力及黏滯係 數，以使接續之噴墨步驟能順利噴射出想要的圖案，之 後又能順利的揮發，使粉末能順利溶解。 於步驟1 0 2中，將該組合物形成於一元件之設定位置 上。將該具有奈米級粉末之懸浮液或膏狀液以噴覆或網 板印刷方式，形成於該元件之設定位置上。該步驟中可 利用電腦程式定位以於元件之設定位置上形成特定之圖 式（pattern)，該特定之圖式可為半導體線路、電子 兀件/光電兀件/通訊元件之接點或其他需接合元件之接 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1307640 A7 B7 m 五、發明説明（5 點。本步驟中之元件可為基板、印刷電路板或晶圓等。 步驟1 0 3係為一加熱步驟，加熱以將該組合物熔融固 化成形於該元件上。該加熱方式可為於加熱爐内加熱、 輻射加熱或雷射加熱等方式。由於本發明利用奈米級粉 末製作之組合物形成於該元件上，且因為該奈米級粉末 之熔點明顯地低於該原材料之熔點，例如：該錫鉛金屬 之熔點約為1 8 0 t，而奈米級錫鉛金屬粉末之熔點則約 為8 0 - 1 〇 〇 C。因此，利用本發明之方法，可以較低之溫 度加熱即可使該奈米級粉末熔融固化成形於該元件上， 亦即在低於該奈米級粉末原材料習知熔點條件之下加熱即 可使奈米級粉末熔融接合，有異於目前習知之加熱製程， 例如銲錫迴焊必須高於蟓點30_5(rc才能進行熔融接合。 故可使本發明之製程溫度較習用製程溫度大幅降低。 訂

本發明之方法可應用於半導體封裝之球柵陣列製程。 首先取得奈米級銲錫（Sn、船錫（Pb-Sn)、無鉛銲錫或 銅等）粉末’將該奈米級銲錫粉末製成懸浮液或膏狀液。將 該具有奈米級銲錫粉末之懸浮液或膏狀液放入噴墨墨水匣 内’再利用一致動器將該具有奈米級銲錫粉末之懸浮液或 V狀液噴覆在基板的特足位置。利用一加熱爐或直接加熱 的方式（輕射加熱或雷射加熱等）加熱，則該奈米級鮮錫粉 末可以在低於原材料熔點（例如1 〇 〇 X：以下）之加熱溫度下 重熔後固化成形於該基板上’而能製做成BGA接點，該BGA .接點之大小取決於所喷覆該奈米級銲錫粉末的量（如體積或 重量k·5 • * —v 乂* '. . ，_ 1 -_- 8 - _ -本紙張尺度適财@ g轉準(CNS) ΑΊ规格(21GX 297公着) ' 1307640

五、發明説明G 6 A7 B7 Q此，利用本發明之方法，可以相當低之溫度加熱即可 =:米級銲錫粉末熔融以作為BGA接點’故不需要複雜的高 恤製程設備，例如高溫迴焊爐等，可節省相當多能源；且 本發明（加熱步驟不會造成基板或晶片之損壞’故可提高 產叩之良率，並增進產品之品質。並且由於本發明加熱製 ^艾溫度降低，基板材料的選用將可不偈限於僅能適用於 问μ製私，該基板之選擇彈性增大，故可降低製造成本。 本發明 < 方法另可應用於半導體製程中之導線製作。 將奈米級（l-l〇0nm)的鋁粉或銅粉，或其所製成之懸浮液 或骨狀液，以噴墨或網板印刷的方式形成於晶圓的設定位 置（例如叉錯的直線）0再利用一加熱爐或以直接加熱的方 式（輻射加熱或雷射加熱等）加熱，以使奈米級銘或銅粉 末可以在低於原材料熔點（例如20(rc以下）之加熱溫度重 熔後HM匕成形〃製做成導線’料線6勺寬度取決於所嘴覆 奈米級鋁或銅粉末的量（如體積或重量）。 因此，利用本發明之方法製作半導體之導線，可不需 如習用之方式必須再利用曝光顯影與蝕刻製程將不需要 之部分移除，故可簡化製程步驟，並可避免因蝕刻製程 所造成之污染，可降低製造成本。 另外，本發明之方法可應用於覆晶接合技術。將奈米 ’級（Ι-lOOnm)的銲錫（Sn、鉛锡（Pb_Sn)、無鉛銲錫或 銅等）粉末，或其製成之懸浮液或膏狀液，以喷墨或網板印 刷的方式形成在晶圓的設定位置上。利用—加熱爐或以直 接加熱的方式（輕射加熱或雷射加熱等）加熱，使奈米級 • ' I._____— - 9 - 用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ29Τ公釐]--------- 1307640 A7 B7 五、發明説明 知錫釦末可以在低於原材料熔點“列如⑽艺以下)之加熱 度下重溶後©化’以於該晶圓上形成銲錫隆點，該銲錫 隆點之大小取決於所噴覆奈米級銲錫粉末的量（如體積或重 量）。利用該銲錫隆點可使晶片與基板結合。 利用本發明之方法製作覆晶接合技術之銲錫隆點，其加 熱溫度亦不需太高’故具有節劣能源、不會造成基板或晶 片（損壞、可提高產品之良率及增進產品之品質等功效。 惟上述實施例僅為說明本發明之㈣及其功效 制本發明m： ’習於此技術之人士可在不達背本發明之 精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之 二 如後述之申請專利範圍所列。 &應

-10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 x 297公藿）

Claims (1)

1. 祕764% 091122327號專利申請案 * 中文申請專利範圍替換本(97年1〇月） 敗10. !.一種利]¥米級粉末之成料法，包括

   年月E3 :r.:---------- ^ ^1' 一 π以下步· -- U)利用奈米級粉末製作一 ^ κ 下組合物，該奈米級粉末為 金屬粉末或陶竞粉末； ㈦將該組合物形成於一元件之設定位置上，該元件 為基板、印刷電路板或晶圓；及 (c)加熱使該組合物熔融固化以成形於該元件上。 2. 如申請專利範圍第！項之成形方法，其中步驟u)中之該 組合物為具有奈米級粉末之懸浮液。 3. 如申請專利範圍第i項之成形方法，其中步驟（a)中之該 組合物為具有奈米粉末之膏狀液。 4. 如申請專利範圍第丨項之成形方法，其中步驟⑴係 喷覆方式將該組合物喷覆於該元件之設定位置上。 5 _如申明專利範圍弟1項之成形方法’其中步驟（匕）係 網版印刷方式將組合物印刷於該元件之設定位置上。 6_如申请專利範圍第1項.之成形方法，其中步驟（e)中之該 組合物炫融固化以形成接點，俾與其他元件接合。 7. 如申請專利範圍第1項之成形方法，其中步驟（c)中之該 組合物熔融固化以形成導線於該元件上。 8. —種利用奈米級粉末之成形方法，包括以下步驟： (a)利用奈米級金屬粉末製作一懸浮液； 以 以 參 (b) 將該懸浮液形成於一基板之設定位置上；及 (c) 加熱使該懸液熔融固化以成形於該基板上。 9.如申請專利範圍第8項之成形方法，其中步驟（b)係以喷 -11 - fe〇764〇 覆方式將該懸浮液喷覆於該基板之設定位置上。 1〇·如申請專利範圍第8項之成形方法，其中步驟⑻係以 網版印刷方式將該懸浮液印刷於該基板之設定位置上。 -12-