[发明专利]使用模板印刷高分子导电材料的低温倒装焊方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路和微机电系统(MEMS)器件封装中倒装焊领域，特别适合不能进行高温处理的器件。

背景技术

IC设计、芯片制造和封装测试并称为半导体工业的三大产业。统计数据显示，中国将成为世界的IC封装基地之一。因此对于封装技术的研究，对中国的半导体工业的发展具有重要的意义。封装的作用就是给管芯(芯片)和印刷电路板(PCB)之间提供电互连、机械支撑、机械和环境保护及散热通道。随着集成电路特征尺寸的减小，要求封装密度越来越高，从而对封装的可靠性提出更高的要求。同时，随着集成电路芯片成本的不断降低，导致封装的成本在元器件成本中的比例不断上升。因此，半导体产业对于低成本高可靠性的封装技术提出了更高的要求。

传统上，用细小的金、铜或铝键合引线进行芯片的连接，该键合引线从半导体芯片表面周边附近设置的接触焊盘引到塑料或陶瓷封装的引线键合焊盘上，实现芯片与外界的电连接。由于引线键合成本低、效率高，目前在工业界仍然广泛应用。然而，随着集成电路特征尺寸的缩小，芯片的引出端越来越多，只能使用周边焊盘的引线键合技术受到挑战。同时，即使在相对短的距离上，细键合引线也必然会将不需要的电感和电容引入互连中，并由此减小电子器件的带宽和操作速率。随着更快的微处理器和更高频率的信号处理和通信装置的发展，引线键合的缺陷变得越来越明显。

倒装焊技术就是为了解决芯片引出端数越来越多、工作频率越来越高等问题而发展起来的一种互连技术。相对于传统的引线键合技术，倒装焊技术使用焊球阵列实现芯片之间或芯片与衬底之间的互连。倒装焊技术密度高、节距小且是面阵列，大大增加引出端数，并且具有短的互连通路(大约50到100微米)，可以大大减小互连电感和电容，在高频率的器件里有较好的应用。

倒装焊常规的工艺过程是这样的。首先，在芯片的焊盘上制作凸点下金属化层。其次，在芯片的焊盘或制备了凸点下金属化层的焊盘上制备凸点。最后，实现芯片之间或芯片与衬底之间的倒装互连。

芯片的焊盘通常是铝、铜或其他的金属材料，按照一定的规律分布在芯片的表面。凸点材料通常为各种导电材料，如金、焊料等。一般凸点材料不能直接制作在焊盘上，并且为了防止凸点材料和焊盘之间发生扩散、反应生成金属间化合物从而降低凸点和焊盘金属连接的可靠性，需要制作一层凸点下金属化层。常见凸点下金属化层有Cr-CuCr-Cu、TiW-Cu、Al-NiV-Au、TiW-Au、Ni(P)-Au等，其相应的制作方法包括蒸发、溅射、化学镀镍加浸金等。

凸点制备技术已经开发出很多种，如蒸发、SBB(Stud Bump Bonding)技术、电镀、印刷等。蒸发工艺需采用金属掩模，成本高，工艺复杂，应用限制较多。SBB技术采用已有的引线键合设备和技术实现单个键合区的凸点，以金凸点为主，但是生产效率相对较低。电镀技术制备的凸点质量较好，可以实现窄节距的凸点制备，但由于需要蒸发或溅射工艺制备凸点下金属化层，而且需要厚胶光刻工艺形成电镀掩模和电镀图形，导致成本高、工艺复杂等问题。模板印刷技术制备倒装凸点，由于和现有的表面贴装技术具有较好的工艺兼容性，因此生产效率高，成本较低。但是由于目前对模板印刷过程中众多工艺参数的研究还不成熟，导致模板印刷制备的凸点存在各种缺陷，如均一性较差、出现孔洞或桥接、可靠性较差等问题，使得模板印刷在倒装焊特别是窄节距的倒装焊技术中的应用受到限制。