[发明专利]在衬底上形成焊料沉积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过电镀形成焊料沉积，特别是涉及倒装芯片封装，更特别是涉及由锡和锡合金的电镀焊料所形成的倒装芯片接点以及板到板焊点。

背景技术

自从20世纪60年代早期由IBM引入了倒装芯片技术起，就已经将倒装芯片器件安装在昂贵的陶瓷衬底上，在这种情况下，硅芯片和陶瓷衬底之间的热膨胀失配不是很关键。与丝焊技术相比，倒装芯片技术更好在于能够提供更高的封装密度（更小的器件外形轮廓）和更高的电性能（尽可能更短的引线和更低的电感）。在此基础上，在过去的40年里已经通过在陶瓷衬底上使用高温焊料（受控塌陷芯片连接，C4）来对倒装芯片技术在工业上进行实践。然而，近年来，针对现代电子产品的微型化的趋势，由高密度、高速、和低成本半导体器件的需求所驱使，安装在具有环氧树脂底层填料（epoxy underfill）的低成本有机电路板（例如，印刷电路板或衬底）上的倒装芯片器件已经经历了爆炸性增长，该底层填料缓解了由硅芯片和有机板结构之间的热膨胀失配所诱发的热应力。低温倒装芯片接点和基于有机物的电路板的引人注意的出现已经使得当前的行业能够获得用于倒装芯片器件的制作的廉价解决方案。

在当前的低成本倒装芯片技术中，半导体集成电路（IC）芯片的顶表面具有电接触焊盘阵列。有机电路板还具有对应的接触网格。将低温焊料凸点或者其他导电粘合材料在芯片和电路板之间放置并使其准确地对准。芯片被颠倒翻转并安装在电路板上，其中，焊料凸点或导电粘合材料在所述芯片和电路板之间提供电输入/输出（I/O）和机械互连。对于焊料凸点接点而言，可以将有机底层填料密封剂进一步分配到芯片和电路板之间的缝隙中，从而约束热失配，以及降低焊点上的应力。

一般而言，为了通过焊点实现倒装芯片组装，通常在芯片的焊盘电极表面上预先形成金属凸点，诸如，焊料凸点、金凸点或铜凸点，其中，所述凸点可以是任何形状，例如，纽扣形凸点、球形凸点、圆柱形凸点或其他凸点。通常还使用低温焊料来在电路板的接触区域上形成对应的焊料凸点（或者说预焊凸点）。在回流温度下，借助于焊点将芯片接合到电路板。因而，在分配了底层填料密封剂之后，就构造了倒装芯片器件。这样的方法是本领域所熟知的，并且例如，在美国专利No.7098126（H.-K. Hsieh等）中描述了使用焊点的倒装芯片器件的典型例子。

当前，用于在电路板上形成预焊凸点的最常见的方法是模版印刷法。与模版印刷法相关的一些先前的提议可以参考美国专利No. 5203075（C. G. Angulas等）、美国专利No. 5492266（K. G. Hoebener等）和美国专利No. 5828128（Y. Higashiguchi等）。用于倒装芯片组装的焊料隆凸（bumping）技术需要关于凸点间距和尺寸微型化这两方面的设计考虑。根据实际经验，一旦凸点间距降到了0.15毫米以下，模版印刷就将变得不可行。相比之下，通过电镀所沉积的焊料凸点则提供了使凸点间距进一步降至0.15毫米以下的能力。可以在美国专利No. 5391514（T. P. Gall等）和美国专利No. 5480835（K. G. Hoebener等）中找到与用于倒装芯片接合的电路板上的电镀凸点有关的先前提议。尽管电路板上的电镀焊料隆凸相比模版印刷提供了更为精细的凸点间距，但是其对于初始实现存在一些挑战。

在美国专利No. 7098126（H.-K. Hsieh等）中描述了一种在有机衬底上形成焊料的多步骤过程。在所述方法中，最初提供了包括表面承载电路的有机电路板，所述表面承载电路包括至少一个接触区域。焊料掩模层被置于板表面上，并被图案化，从而使焊盘暴露。随后，通过物理气相沉积、化学气相沉积、利用催化铜的无电镀、或者利用催化铜的电镀来在板表面上沉积金属种层。在金属种层上形成具有位于所述焊盘处的至少一个开口的抗蚀剂层。然后，通过电镀在所述开口中形成焊料材料。最后，去除所述抗蚀剂和处于所述抗蚀剂之下的金属种层。为了应用该方法，需要各种图案化步骤，这从过程效率的总体观点来看是不期望的。此外，如果作为电子器件的微型化的结果而使相邻接触区域之间的距离（间距）非常小，那么所述方法具有其局限性。

在US 2007/0218676A1中公开了一种用于形成金属凸点的方法。其中公开的方法包括在沉积导电层之前施加且平面化第一光致抗蚀剂，并且需要图案化的光致抗蚀剂，从而去除多余的焊料材料和部分所述导电层。