[发明专利]一种沙漏形倒装焊点成形工艺

说明书

本发明一种沙漏形倒装焊点成形工艺，包括：将带焊点芯片倒装至基板上，使芯片上焊点与基板上焊盘一一对应，加热芯片和基板使焊点熔化，在芯片背面施加指定压力持续指定时间促使焊点与焊盘充分接触并铺展润湿，此时焊点为腰鼓形，焊点与焊盘发生焊接反应后，采用真空吸附方式吸附芯片上移指定距离使焊点被拉伸为沙漏形，保持该距离以指定冷却速度使焊点冷却至凝固点以下成形。该成形方法在焊点受热熔化后能动态调节焊点高度，通过预设移动距离、拉伸速度等参数可实现不同尺寸的沙漏形焊点控制。沙漏形焊点能降低小尺寸、窄节距凸点芯片倒装焊接时发生焊点桥连的风险，改善焊点内部应力分布，缓解焊点焊接界面应力集中的情况，提升倒装焊点寿命。

技术领域

本发明属于电子封装领域，涉及一种倒装焊器件的焊点成形工艺。

背景技术

随着半导体集成电路向高密度、高性能、高可靠、小型化的方向不断发展，传统的引线键合技术已经无法满足需求，倒装焊技术应运而生。倒装焊是将带有面阵列焊点的芯片倒置，使焊点侧朝下贴装至基板上实现芯片与基板互连的技术，具有互连焊点数量多、信号传输距离短、机械强度高等特点，是满足高密度、高性能封装需求的有效途径。

倒装焊器件焊点形状对焊点寿命有着重要影响，倒装焊封装多采用回流焊工艺实现芯片与基板的互连，在芯片重力及表面张力条件下焊点呈腰鼓形，腰鼓形焊点焊接界面应力集中情况严重，在热或机械可靠性考核条件下，焊接界面应力进一步加剧容易导致焊点开裂；腰鼓形焊点焊接界面几何形状突变，导致局部电流密度较大，焊点内部电迁移效果明显，容易产生细小空洞，空洞聚集后容易产生裂纹，存在焊点开裂风险；腰鼓形焊点最大直径大于回流前焊点直径，当焊点节距较小时存在焊点桥连的风险，限制了倒装器件向高密度、小型化方向发展。

沙漏形焊点能改善焊点内部应力分布，缓解焊接界面焊点应力集中情况，减小焊接界面几何变形程度，减轻焊点内部电迁移程度，提升焊点寿命，沙漏形焊点最大直径不会超过回流前焊点直径，能降低小尺寸、窄节距焊点回流焊接时发生桥连的风险。目前针对焊点形态控制的工艺主要是通过在芯片与基板间放置垫片，采用回流焊工艺使焊点呈现沙漏形，但该技术受限因素较多，一是焊点形状受限于焊点尺寸，垫片高度不能高于液态焊点高度，否则焊点无法与基板焊盘接触进而无法形成焊接。二是随着倒装焊器件焊点数量的大幅提升，部分倒装器件焊点数量达到10000以上，焊点共面性过大，焊接时需对焊点施加向下的压力，减小芯片与基板间隙高度，弥补焊点共面性不足，保证所有焊点均能与基板焊盘接触及铺展。在芯片及基板间放置垫片则会阻碍芯片与基板间隙高度控制，难以保障焊点与基板焊盘形成焊接。三是焊点高度控制依赖于垫片加工精度，不利于实现焊点高度的精确控制。四是垫片放置与去除操作难度大，容易对芯片和基板造成损伤，且生产效率不高，不利于产品批量生产。

发明内容

本发明的技术解决问题是：腰鼓形焊点焊接界面应力集中情况较为严重、焊点内部电迁移情况显著导致焊点易发生开裂，焊点寿命不佳问题及腰鼓形焊点限制倒装器件轻量化、小型化技术发展问题。

本发明的技术解决方案是：

一种沙漏形倒装焊点成形工艺，包括步骤如下：

将基板正面朝上固定在基台上，将芯片倒置后固定在贴装头上使焊点侧朝下；基板正面设置有倒装的焊盘；

芯片与基板经识别对位后，贴装头下移至芯片焊点与基板焊盘接触；

释放保护气体对焊接区域气氛进行控制；

基台将基板加热至焊接所需温度，贴装头对芯片加热使焊点熔化；

贴装头继续下移对芯片施加压力，使全部焊点与基板焊盘接触并铺展至整个焊盘；

贴装头上移带动芯片上移，通过调节上移距离调整焊点形态呈沙漏形，保持该距离将焊点冷却至凝固点以下形成沙漏形焊点。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：