一種倒裝晶片的製作方法
2023-06-04 01:22:51 3
專利名稱：一種倒裝晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種倒裝晶片方法，更具體地涉及在晶片上圍繞電極生成凸起，在其界定區域內用合金Ga-1n形成凸點，並施以一定壓力附著到布線板電極上的倒裝晶片製作方法。
背景技術：
將晶片固定或物理連接到基板上稱為鍵合。鍵合的方法主要有:晶片鍵合、引線鍵合和倒裝晶片鍵合。倒裝晶片鍵合是在晶片的連接焊盤上形成凸點並直接連接到PCB基板的工藝。倒裝晶片技術有明顯的優點:封裝密度最高；具有良好的電和熱性能；可靠性好；成本低。該技術在電子產品方面可實現朝向更小器件發展，因此人們對倒裝晶片引起了很大關注。
圖1所示為傳統倒裝晶片凸點的結構，其組成包括:晶片1、鈍化層2、鋁焊盤3、凸點下金屬層UBM(Under-Bump Metallurgy) 4、凸點5。晶片凸點5是在原晶片招布線電極焊區或重新布局的新焊區上形成的。為達到凸點金屬5與鋁焊盤3及鈍化層2良好的粘附性，又要防止凸點金屬5與鋁焊盤3生成不希望有的金屬間化合物，一般應先在凸點金屬下製備有粘附層、擴散阻擋層和導電層的多層金屬化層4。典型的粘附金屬有Cr、T1、N1、TiN等，擴散阻擋層金屬有W、Mo、Ni等，導電金屬則常用Au、Cu、Pb/Sn等，這種多種金屬化層常採用濺射、蒸發、化學鍍、電鍍等方法來完成。凸點金屬5的製作材料多為Au、Cu、Pb/Sn、In或它們的組合。形成凸點5的方法主要有電鍍法、化學鍍法、釘頭凸點形成法、模板印刷焊料法及熱注射焊料法等。在這些凸點中，Pb/Sn焊料凸點因具有突出優點而備受重視。由於它是半球形，在倒裝焊時隨著焊料熔化可自對準定位，能控制Pb/Sn焊料的塌陷程度及凸點高度，所以又稱為可控塌陷晶片連接技術(C4)。金凸點主要用於LCD驅動元件的TAB (tape automated bonding)和COG (chip on glass)實裝，前者通過金凸點與電鍍錫的引腳實現金屬間鍵合，後者通過各向異性導電膜(ACF)實現Au凸點與LCD的ITO膜的連接。
傳統的倒裝晶片結構在焊料熔化，相鄰凸點鍵合時，彼此容易出現短路現象，因此凸點的大小及間距受到限制。發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種倒裝晶片方法，該方法可以有效的解決凸點鍵合時容易產生短路現象的問題，並實現較小的壓點節距。
本發明的另一個目的是為倒裝晶片提供一種新型材料，該金屬材料粘附性好，熔點較低，在倒裝片壓接互聯的過程中不需要很高溫度，從而避免晶片受高溫損傷。
為達到上述目的，本發明通過下面的實施方式實現。
本發明的實施方式包括:在晶片上生長圍繞電極的凸起，凸起材料可以為矽膠、AB膠、黑膠的一種。在凸起界定的區域內放入合金Ga-1n薄片，合金成分的摩爾比例範圍為:In 18.5% -100%, Ga 81.5% _0%，在高於對應成分的Ga-1n合金熔點溫度的條件下使薄片重熔，在低於對應成分熔點溫度的條件下將晶片凸點與布線板電極精確對位，對每個晶片施以持續15秒，2-10kg壓力進行壓接。在凸起材料固化溫度的條件下，實現倒裝晶片的固化。
圖1為傳統倒裝晶片凸點的結構示意圖2為本發明的倒裝晶片實施方法的流程圖3為布有電極的晶片的剖視圖4為在晶片上生成凸起的剖視圖與凸起分布的俯視圖5為在晶片上生成底層金屬UBM的剖視圖6為在凸起界定的區域內放入Ga-1n薄片的剖視圖7為Ga-1n薄片在凸起界定的區域內重熔的剖視圖8為布線板電極與晶片凸點對位壓接的剖視圖9為對倒裝晶片進行固化的剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。
圖2為本發明的倒裝晶片實施方法的流程圖。如圖2所示，本發明的倒裝晶片實施方法包括:在晶片電極周圍形成凸點(Sll)，在晶片電極上形成凸點下金屬層UBM(S12)，在晶片凸起的界定範圍放入Ga-1n合金薄片(S13)，在一定溫度下重熔金屬薄片(S14)，晶片與布線板的對位壓接(S15)，對倒裝晶片進行固化(S16)。
圖3為晶片6上布有電極7的剖視圖，電極的節距可以達到25-50 μ m。
圖4左圖為在晶片6上生成凸起S(Sll)的剖視圖，凸起8的製作方法有蒸發沉積、電鍍、模板印刷等工藝，凸起8的製作材料有矽膠、AB膠、黑膠。這幾種材料的共同優點是粘結能力強。凸起8將作為接下來倒裝晶片製作過程中凸點材料的阻擋裝置，用於界定凸點10的成型區域。其中，凸起8的寬度和高度以及凸起8的間距可以根據晶片電極7而改變。圖4右圖為晶片上凸起8分布的俯視圖。凸起8的平面形狀可以是圓形、方形、多邊形等，本發明中凸起8的形狀為圓形。
圖5為在晶片上生成凸起下金屬層UBM 9(S12)的剖視圖。凸起下金屬層9的製作方法有濺射、蒸發、化學鍍、電鍍等工藝。
圖6為在凸起界定的區域內放入合金Ga-1n薄片10(S13)的剖視圖。Ga-1n薄片10以相同劑量放入凸點的界定區域。Ga-1n易被氧化，因此S13、S14、S15、S16中任一步驟都要在真空中進行操作。
圖7為Ga-1n薄片10在凸起界定的區域內重熔(S14)的剖視圖。重熔溫度設為高於對應成分的Ga-1n熔點溫度，Ga-1n薄片10在這樣的溫度下在凸起界定的區域內重熔，布滿整個界定區域中底部。
圖8為布線板11的電極12與晶片6的凸點8對位壓接(S15)的剖視圖。在低於對應成分的Ga-1n熔點溫度下，將布線板11的電極12與晶片6的凸點8精確對位，通過合金Ga-1n的粘附力保持相對位置，對每個晶片施加2-10kg的壓力，持續時間15秒，實現其壓接。
圖9為對倒裝晶片進行固化(S16)的剖視圖。在相應凸點材料的固化溫度下，實現倒裝晶片的固化。
以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種倒裝晶片方法，其特徵在於包括:在晶片上生長圍繞電極的凸起；在晶片電極上生成凸點下金屬層UBM;在凸起界定的區域內放入Ga-1n薄片，升高溫度使薄片重熔，材料布滿整個界定區域中底部；在一定溫度和壓力下晶片凸點與布線板電極精確對位壓接，經固化實現晶片的倒裝。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在基板上生長凸起的方法包括:蒸發沉積、電鍍或絲網印刷中的一種，所述凸起的製作材料包括:矽膠、AB膠、黑膠中的一種。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述凸起的形狀包括圓形、方形或多邊形中的任一種。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，生成凸點下金屬層UBM的方法包括:濺射、蒸發、化學鍍、電鍍中的一種。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，合金Ga-1n中兩種金屬成分的摩爾比例範圍為=In 18.5% -100%,Ga 81.5% -0%，所對應的 Ga-1n 熔點為 30°C -156.6°C，Ga-1n 薄片重熔溫度為高於對應成分的Ga-1n熔點的溫度，在這樣的溫度下薄片重熔並布滿整個界定區域的中底部。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，將Ga-1n薄片材料放入凸起界定區域內。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在低於該成分的Ga-1n熔點溫度下，使晶片凸點與布線板電極精確對位，對每個晶片施加2-10kg的壓力，持續時間5-25秒，實現其粘附。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在低於凸起材料Tg點的溫度條件下實現倒裝晶片的固化。
全文摘要
本發明涉及一種生成凸起並在凸起界定區域內使用合金Ga-In製作凸點的倒裝晶片製作方法。所述倒裝晶片的製作方法包括在晶片上生長凸起；在凸起界定的區域內放入合金Ga-In薄片，升高溫度使薄片重熔，材料布滿整個界定區域中底部；在一定溫度和壓力下晶片凸點與布線板電極精確對位壓接，經固化實現晶片的倒裝。本發明由於界定區域的凸起位置固定，使得凸點定位精度高，並且凸點節距可以達到25μm。本發明不需要高溫環境，能有效避免因高溫而造成的器件失效現象，尤其適合某些特殊器件封裝，如熱敏器件、光電器件。
文檔編號H01L21/60GK103107104SQ20111035765
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者金鵬, 李寧, 施建根 申請人:北京大學深圳研究生院, 南通富士通微電子股份有限公司