[发明专利]一种微互连凸点制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电子制造领域，具体地说是一种涉及球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装和芯片堆叠封装技术中的微互连凸点制备方法及装置。

背景技术

在摩尔定律的驱动下，电子器件持续向高性能和小体积方向发展，要求电子封装技术提供更高的互连密度和更短的互连路径。目前，球栅阵列封装和芯片堆叠封装已成为最重要的两种技术解决方案。在上述两种技术中，芯片与基板之间以及芯片与芯片之间的互连主要采用凸点来实现，互连凸点通常由Sn基钎料(如Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-In、Sn-Ag-Cu等)、纯金属(Cu、Ag、Au等)或上述材料组成的多层结构所构成，并为芯片提供电气连接、机械支撑和导热通道等功能。因此，互连凸点的制备成为封装互连的关键技术，互连凸点的质量决定着电子器件的服役性能及可靠性。

现有的互连凸点制备方法包括溅射(蒸发)沉积、丝网印刷、电镀、植球、打球、液滴喷射等。

溅射沉积法通常采用光刻工艺或金属掩膜来形成凸点图形，这种方法沉积速率慢，生成效率低而成本高，不适合大批量生产，在焊盘上形成的钎料溅射层需经过回流重熔以形成球形凸点，较高的回流温度(250℃以上)产生较大的热应力并造成基板损伤。

丝网印刷法是利用带有凸点图形的金属模板，通过涂刷器将焊膏刷在焊盘上，这种方法虽然工艺简单、成本低，但受限于不能均匀分配焊膏体积，尺寸精度不高，影响模板印刷工艺质量的因素很多，不适合窄节距凸点制备，焊膏印刷完成后同样要经历高温回流处理，且凸点中易形成气孔。

电镀法是先通过光刻工艺形成凸点图形，再将所需金属分步或者共沉积电镀到焊盘上，工艺成熟、可批量生产，但光刻及电镀工艺易造成环境污染，电镀钎料凸点不易精确控制合金成分，电镀纯金属凸点高度一致性差、表面平整度低，制备窄节距凸点受限于光刻设备和工艺。

植球法通过掩膜或者转移等方式将微焊球放置在焊盘上，再经钎焊回流后形成互连凸点，此方法工作效率不高，易形成漏植或多植，且需预先制备尺寸一致的微焊球。打球法形成凸点的过程与引线键合在芯片侧的连接类似，不同之处在于金属丝球型前端键合在焊盘上之后将其后端断开，获得形状多为蘑菇状或钉头状的凸点，该方法需要施加一定的压力，易造成碎片，且生产效率低下。

上述方法的一个共同缺点还在于焊锡(球)制备和凸点制备需要分步进行，若能开发一次性的凸点成型工艺，无疑会节省工艺流程和成本。

液滴喷射法是在装有熔融钎料的坩埚和喷射腔室之间形成压力差，利用压电陶瓷驱动传动杆振动，促使钎料液滴喷出并落在基板焊盘上形成凸点的技术。申请号为2007100598956的发明专利，使用惰性气体注入坩锅与真空密闭腔室中，在坩锅与真空密闭腔室之间形成稳定压差，使金属熔体从坩锅底部喷嘴中以层流射流的形式喷出，利用压电振荡器产生的振动扰动使金属射流断裂为液滴，并下落到基板焊盘上。该方法虽然可以形成大小、形状和热力学条件均一化的颗粒，但在植球前需要通过摄像装置拍摄液滴图形，计算机图像分析液滴直径，再反馈控制振动器的频率，调试过程繁琐、复杂，且利用偏转极板控制带电液滴的下落轨迹，植球精度存在较大问题，同时无法实现液滴的逐点下落，即喷出的金属射流将形成多个时间间隔极短的液滴，难以实现放置基板的水平传动台的快速协调响应且不能自动化生产。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种微互连凸点制备方法及装置。本发明主要利用液滴喷射装置和凸点形成装置配合制备出频率可控的均一液滴，从而实现焊球制备和互连凸点制备一次性完成，凸点成分均匀、尺寸精度高，制备工艺温度低，避免基板烧损或发生变形，可自动化生产。

本发明采用的技术手段如下：

一种微互连凸点制备装置，包括液滴喷射装置和凸点形成装置，所述液滴喷射装置包括用于液滴喷射的腔体、设置在所述腔体上部的坩埚和与设置在所述坩埚顶部的压电陶瓷相连的且深入所述坩埚及其中熔体内部的传动杆，所述坩埚的底部设有中心孔，所述坩埚底部还连有与所述中心孔相通的薄片，所述薄片上设有喷射孔，所述坩埚外侧设有加热带所述坩埚顶部开有坩埚进气口和坩埚排气口，所述腔体一侧开有腔体进气口和腔体排气口，机械泵与扩散泵安装在所述腔体侧部且与所述坩埚及所述腔体相连；

其特征在于：

所述坩埚通过三维运动控制器与所述腔体上部相连，所述腔体中部两侧还设有维持腔体温度的腔体温度控制器；

所述传动杆底部的直径小于所述中心孔的直径，所述喷射孔全部位于所述传动杆底部的正下方；