[发明专利]凸点互连焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路芯片的凸点焊接技术领域，尤其是一种凸点互连焊接方法。

背景技术

各类电子产品朝小型化、薄型化、轻量化方向发展以便携带，为实现小型化、薄型化、轻量化设计目标需要高密度集成电子封装和装配技术，用凸点互连取代引线键合互连是必然选择。现有倒扣焊芯片与基板或芯片的凸点互连采用基板焊盘上先涂覆助焊剂，封装的倒扣焊芯片组装，再倒扣并依助焊剂临时固定，然后回流焊接，最后清洗、烘干。

现有倒扣焊芯片凸点焊接工艺中助焊剂保证了芯片在传递、回流等过程中保持相对位置的精度，临时定位效果好；助焊剂还保证有效地去除凸点氧化层，保护凸点焊接完整性，但随凸点数目增多、凸点节距缩小、凸点与凸点之间间隙变小，助焊剂易导致凸点流度不均而使间隙不均甚至短路，不能保证焊接成品率；助焊剂清洗也非常困难，即使采用当前最优的清洗化剂、增加清洗方法如浸泡、喷淋、超声波、汽相等等均面临清洗不净而在凸点四周有助焊剂残留，带来下填充界面分层或填充空隙，成为互连失效的最主要因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无需助焊剂的凸点互连焊接方法。

为了解决上述技术问题，本发明包括如下步骤：

步骤一，将芯片上的凸点与基板上的焊盘位置对准后，利用超声波装置施加超声波将凸点粘附在焊盘上；

步骤二，将基板送入焊接炉，在还原性气氛下对凸点和焊盘的焊接表面进行活化；

步骤三，活化后，对焊接炉抽真空并升温到回流峰值温度，并进行保温1～8min；

步骤四，降温冷却，冷却阶段温度降至凸点焊料熔点下20℃停止抽真空，并通入氮气辅助冷却；

步骤五，冷却到常温后完成凸点互连焊接。

优选地，所述超声波装置施加的超声波频率为18KHz～130KHz，压力为50g～200g压力，功率为1W～500W。

优选地，步骤一中，施加超声波之前，先给基板升温，并通入氮氢气体。

优选地，步骤二中所述还原性气体为甲酸气体或氮氢混合气体。

优选地，步骤三中所述回流峰值温度为高于凸点焊料熔点30℃～50℃。

本发明的技术效果是：

1、本发明省去了助焊剂、清洗剂等材料，工艺更友好，达到排放标准，实现了绿色制造；

2、本发明采用超声焊接实现临时固定，同样适用于不能清洗的带动构件的有焊料凸点MEMS芯片的组装；

3、本发明省去了助焊剂涂覆、助焊剂清洗和烘干工序，缩短了凸点互连焊接工艺流程，提高了生产效率；

4、本发明消除了高密度、多引出端、细节距、小间隙凸点互连焊接短路、底部填充分层等问题，提升了成品率、质量可靠性；

附图说明

图1为凸点与焊盘对准时的示意图；

图2为采用超声波焊接装置对凸点和焊盘进行焊接后的局部示意图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

本发明包括如下步骤：

步骤一，如图1所示，为了实现芯片1上的凸点与基板3上焊盘4的临时固定，将凸点2与焊盘4位置对准后，利用频率为18KHz～130KHz的超声波装置，视凸点尺寸及个数对凸点2与焊盘4施加压力为50g～200g，功率为1W～500W的超声波，形成如图2所示的凸点2与焊盘4局部物理粘附，保证凸点2与焊盘4在加工传递、放置等过程中不发生相对移动，否则会造成焊接偏移甚至是互连关系错误；

如凸点2容易氧化或临时固定困难，可以先对基板3进行加热，和/或通入保护性气体从而提高凸点2与焊盘4的焊接粘附强度。所述保护性气体可以是N2-H2混合气体，其中H2浓度优选为5％，所述氮气也可以使用Ar和He气体代替。

步骤二，将基板3送入焊接炉，并通入甲酸气体或氮氢混合气体等还原性气体，在凸点焊料熔点下20℃～60℃温度中，还原性气体与金属氧化物产生化学反应，在达到焊接温度前实现金属氧化物的还原，实现凸点2和焊盘4的焊接表面活化；

步骤三，对焊接炉抽真空并升温到高于凸点2焊料熔点30℃～50℃的回流峰值温度，并进行保温1～8min。

步骤四，降温冷却，待温度降至凸点焊料熔点下20℃停止抽真空，并通入氮气辅助冷却；

步骤五，冷却到常温后完成凸点互连焊接。

本发明先通过超声波对凸点和焊盘进行临时固定后，在焊接炉中对凸点和焊盘的焊接表面进行活化，然后升温到凸点焊料熔点以上进一步固化，冷却后完成焊接，整个过程无需助焊剂，省去了助焊剂涂覆、助焊剂清洗和烘干等工序，缩短了凸点互连焊接工艺流程，提高了生产效率，减低了生产成本，并提供了产品的可靠性。