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倒装技术中的两大技术细节披露与倒装芯片封装清洗介绍

合明科技 👁 1953 Tags:半导体芯片清洗倒装芯片封装清洗倒装工艺

在半导体芯片倒装连接的过程中,有许多前后处理的工序,以下详细介绍倒装工艺的相关细节:

一、凸点下金属化 (UBM,under bump metallization)

倒装连接第一步需在芯片表面制作凸点技术,倒装连接的本质是芯片上的凸点与基板上的凸点(凹槽)连接,半导体表面的金属化有以下几种方式

(a)溅射:用溅射的方法一层一层地在硅片上沉积薄膜,然后通过照相平版技术形成UBM图样,然后刻蚀掉不是图样的部分。

(b)蒸镀:利用掩模,通过蒸镀的方法在硅片上一层一层地沉积。这种选择性的沉积用的掩模可用于对应的凸点的形成之中.

(c)化学镀:采用化学镀的方法在AI焊盘上选择性地镀Ni。常常用锌酸盐工艺对AI表面进行处理。无需真空及图样刻蚀设备,低成本,

下图是半导体芯片进行凸点金属化(UBM)的流程:电驱动Benchrnarker

image.png

由于铝焊盘表面有一层氧化物,镀层金属无法粘附在氧化的表面上,因此要对铝表面进行适当的处理以清除氧化物层

般的方法是在铝焊盘上采用锌酸盐处理(zincation),该技术是在铝的表面沉积一层锌,防止铝发生氧化,镀锌工艺的一个缺点是铝也会被镀液腐蚀掉,因此需要采用二次镀锌工艺,在进行镀锌工艺中,有0.3-0.4mm厚的铝将被腐蚀掉。在镀锌过程中,锌沉积在铝表面,而同时铝及氧化铝层则被腐蚀掉。锌保护铝不再发生氧化,锌层的厚度很薄

在进行镀锌工艺后,进一步采用化学镀镍用作UBM的沉积,金属镍起到连接/扩散阻挡的作用。镍的扩散率非常小,与焊料也几乎不发生反应,它仅与锡有缓慢的反应,因此非常适合/作为共晶焊料的UBM金属。化学镀镍既可以用于UBM金属的沉积,也可以用来形成凸点。在部分倒装凸点的表面会进一步镀金,由于金导电性能好,且不易氧化,可增加倒装连接的可靠性。

二、 回流形成凸点

焊料凸点方法有蒸镀焊料凸点、电镀焊料凸点、印刷焊料凸点、钉头焊料凸点、放球凸点、焊料转移凸点等不同工艺,其中电镀焊料及印刷焊料工艺使用较广泛。

在半导体表面凸点金属化后,通过回流炉将金属化部分形成倒装球

回流形成凸点的大致过程如下图所示

电驱动Benchrnarker

image.png

其中电镀焊料凸点的具体形成过程如下图:

image.png


凸点常用的材料是Pb/Sn合金,因为其回流焊特性好,适合工业化生产

除了常见的Pb/Sn合金,凸点也有Au/Ni合金等凸点材料,为了保证可靠的互连,UBM必须与用于凸点的焊料合金相容。适合高铅的UBM不一定适合高锡焊料。例如Cu润湿层合适于含锡3-5%的高铅焊料,但是不适合于高锡焊料,因为Cu与Sn反应讯速而生成Sn-Cu金属间化合物。如果Cu被消耗完毕焊料将与焊区不润湿。

下图是不同的凸点材质件的倒装连接

电驱动Benchrnarker

image.png

芯片表面形成的凸点在扫描电镜下观察到的外观如下图所示:

image.pngimage.png

下图中的左图是回流(高温)前的凸点状态,右图是经高温后的凸点状态,经高温后凸点融化成球形。

image.png


化学镀UBM和丝网印刷工艺(Electroless UBM and Stencil Printing)是工业应用中低成本倒装焊凸点制备方法。


以下是丝网印刷凸点制作流程(Stencil Printing Process Flow)及完成后的凸点形貌:


image.png

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三、倒装芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 

 



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