倒装芯片中凸点与凸点下金属层反应的研究现状

随着当代电子封装技术的飞速发展以及无铅化潮流的兴起,倒装芯片中凸点(Solder Bump)与凸点下金属层(UBM)之间的反应的研究成为当前研究的热点。综述了 UBM 与凸点反应研究的最新进展,总结了钎焊过程中的界面反应和元素扩散行为,分析了界面金属间化合物层(IMC)在长时间回流焊接过程中剥落的原因,进一步指出了凸点与 UBM 反应研究的趋势。

凸点下金属层湿法刻蚀与凸点底切的控制

介绍了电镀凸点封装工艺流程和其中有关金属层湿化学刻蚀的问题。通过槽式批量和单片机刻蚀相应的UBM(凸点下金属层)的均匀度、刻蚀速率和凸点底切的对比,结果显示单片湿法刻蚀机刻蚀均匀度小于5%且片与片之间刻蚀速率差异小于2%,以及凸点底切小于2μm。槽式刻蚀均匀度较差,一般会大于20%,同时同一批次片与片之间刻蚀速率差异也较大,实验显示超过10%,且刻蚀后凸点底切较深。因此采用单片机进行UBM金属刻蚀可以较好的控制刻蚀过程和提高产品的良率。

UBM凸点互连结构信号完整性分析

建立了凸点下金属层(under bump metallization,UBM)和凸点互连结构仿真分析模型,基于HFSS软件对其高频条件下的信号完整性进行了研究.得到了UBM凸点互连结构表面电场强度分布,分析了UBM各层厚度及不同材料组合变化对UBM凸点互连结构信号完整性的影响.结果表明,不同信号频率下电场强度在凸点及UBM各层表面分布不均匀,越接近UBM顶端电场强度越大;随信号频率的提高,UBM凸点互连结构的回波损耗增大而插入损耗减小;随镍层厚度、铜层厚度和钛层厚度的增加插入损耗减小;采用Ti-Wu-Au组合UBM凸点互连结构的信号完整性最好,Ti-Cu-Ni组合次之,而Cr-Ni-Au组合最差.

MEMS压力传感器上柔性化凸点制备方法

介绍了一种适用于MEMS压力传感器的低成本、柔性化凸点下金属层(Under Bump Metal,UBM)和凸点(Bump)的制备工艺。其中凸点下金属层分为Ni-P/Cu两层,使用化学镀的方法沉积在Al焊盘表面;凸点通过焊膏印刷回流预制于陶瓷基片上,再通过转移工艺移植到焊盘上。为了检验此套工艺制出的凸点结构是否具有足够的强度,对凸点进行了剪切破坏试验。结果表明,凸点与凸点下金属层、凸点下金属层与Al焊盘均结合牢固,破坏主要发生在焊料凸点内最薄弱的金属间化合物层(Intermetallic Compound,IMC)。

高可靠硅基MCM芯片凸点技术研究

介绍了采用芯片凸点和倒装焊技术(FCB)的MCM-Si工艺,重点研究了凸点下金属化(UBM)结构设计对电路可靠性的影响;通过再流焊和可靠性试验,以及凸点拉脱力测试,进行了可靠性评价。采用该工艺制作的电路已达到《混合集成电路通用规范》(GJB2438A-2002)可靠性等级的H级。

FeNi合金UBM圆片级封装焊点剪切力研究

Fe Ni合金与无铅焊料反应速率低,生成的金属间化合物(IMC)较薄,有望作为圆片级封装(WLP)凸点下金属(UBM)层材料。对两种Fe Ni UBM以及一种Cu UBM圆片级封装样品进行回流、湿热以及预处理实验,并通过推球的方法,对其焊点进行剪切测试。通过断面与截面分析,研究其在不同处理条件下的金属间化合物生长情况,分析其断裂模式。结果表明,Fe Ni UBM焊点剪切力高于Cu UBM。Fe47Ni UBM与焊料反应生成的金属间化合物较薄,对于剪切力影响较小,而Fe64Ni UBM与焊料反应生成离散的Cu Ni Sn金属间化合物,对于其焊点强度有提高作用,Cu UBM与焊料反应生成较厚的金属间化合物,会明显降低焊点的剪切力。断面分析表明,Cu UBM会随焊球发生断裂,其强度明显小于Fe Ni UBM。

芯片凸点技术发展动态

Flip-chip技术是当今乃至今后相当一段时期内极富活力的芯片封装技术,本文对国外FC 的发展状况作了一番回顾,并就我国在该领域的发展提出了一点看法和建议。

芯片上Sn/Pb凸点的制作工艺

随着电子产品对小型、轻量、薄型、高性能的需求越来越迫切,使得倒装芯片技术得到了更加广泛的应用,而凸点的形成正是倒装焊接技术中的关键。本文介绍了用电镀法制作Sn/Pb凸点的基本方法,并对其中的厚胶光刻、UBM层溅射、电镀等关键工艺中应该注意的问题进行了描述。

MCM多层金属化及刻蚀技术研究

本文介绍了MCM芯片制造过程,MCM的关键工艺技术,重点介绍了MCM多层金属化及其湿式刻蚀技术。

Pb/Sn凸剪切性能研究

在实际使用条件下,Pb/Sn凸点会由于承受温度循环而产生剪切应力,剪切应力导致的主要失效方式是开裂.通过对倒装焊后Pb/Sn凸点剪切强度的测量及对剪切后断口的分析,发现破坏主要发生在凸点下金属(UBM)层内部或UBM与Al焊盘之间,平均剪切强度受凸点尺寸影响很小,范围在21～24MPa。

半导体晶圆化学镍/金UBM工艺与设备

介绍了半导体晶圆化学镍金UBM的工艺流程及其自动控制生产线,包括设备材料的要求及设备内部结构。在200mm的半导体晶圆上成功制作5μm化学镍/金UBM和18μm化学镍金凸点。在光学显微镜、表面轮廓仪和SEM下检测了化学镍/金镀层的表面形貌。通过EDX分析化学镍/金UBM中的镍磷含量。3D自动光学检测了200mm晶圆上化学镍/金凸点的高度和共面性,讨论了镍/金凸点的剪切强度和失效模式,分析了生产中化学镍/金UBM的两种常见缺陷及成因。

倒装焊技术及应用

随着集成电路封装密度的提高,传统引线键合技术已经无法满足要求,倒装焊技术的发展能够解决该问题,并且得到了广泛的应用。文章介绍了倒装焊中的4种关键工艺技术,即UBM制备技术、凸点制备方法、倒装和下填充技术。其中凸点制备技术直接决定着倒装焊技术的好坏,为满足不同产品的需求,出现了不同的凸点制备技术,使倒装焊技术具备了好的发展前景。文章对各工艺技术的应用特点进行了阐述,并对倒装焊技术的发展前景进行了展望。

倒装再分布技术及应用

随着半导体技术的发展,封装工艺与圆片工艺的联系越来越密切,特别是倒装技术的发展及广泛应用。由CSP到WL-CSP,再到TSV技术,封装技术的发展越来越迅速。倒装技术是发展的关键技术,它包括再分布技术、凸点底层金属(UBM)技术、凸点制备技术、倒扣焊接技术和底部填充技术等。文章介绍了传统芯片通过再分布设计及工艺解决实现倒装工艺,为倒装技术以及新技术的开发和应用提供了良好的途径和广阔的空间。

面向先进电子封装的扩散阻挡层的研究进展

功率器件作为电能转换的核心,在航天器、可再生能源汽车、高速列车和海底通信电缆等新电子领域的发展非常迅速。新一代功率器件对先进电子封装提出了更高、更快、更高效的要求,但是芯片互连焊点尺寸的显著减小导致焊点内部金属间化合物(IMCs)的生成急剧增加,对焊点的可靠性提出了挑战。在封装结构中,扩散阻挡层对于金属间化合物的产生有着重要影响,因此,高可靠性扩散阻挡层成为先进电子封装领域的研究热点之一。本文综述了近年来先进电子封装领域关于不同材料类型扩散阻挡层单质、二元化合物、三元化合物、复合材料和多层膜结构的研究进展。在此基础上总结扩散阻挡层的三种扩散阻挡机制,包括IMCs的晶粒细化、合金元素的偏析及抑制柯肯达尔空洞,同时分析阻挡层的几种失效机制,讨论扩散阻挡层对焊点可靠性的影响。最后指出现有扩散阻挡层研究仍处于制造工艺与材料性能探索阶段,未来可针对高熵合金、多物理场耦合作用、失效及扩散阻挡机理等方面展开深入和系统的研究。

Fe-Ni新型UBM薄膜的晶圆电镀工艺研究

利用改良型硫酸盐-氯化物镀液体系,进行了晶圆级Fe-Ni凸点下金属层(UBM)电镀工艺的开发研究.研究了镀液中Fe^(2+)含量、电镀温度及电流密度对镀层成分的影响规律,得到了特定工艺条件下镀层成分控制的完整曲线;测量了不同电镀时间和不同电流密度下的镀层生长速率,为实际生产中控制UBM镀层的厚度提供了依据;利用XRD和TEM对镀层的晶体结构及微观形貌进行了表征;利用滴定、等离子体发射光谱(ICP)等手段,对镀液在生产及静置条件下主盐离子浓度的变化趋势进行了监测,测定了抗坏血酸在镀液体系中与Fe^(3+)的反应能力,提出了镀液的日常维护、保存、调控方案以及:Fe^(3+)的抑制方案.

光盘基础知识2 电铸工艺

电铸工艺是母盘制作工艺后的下一个环节。电铸是把玻璃母盘变成可以模压的坚硬的压模的技术。母盘工艺的成品是一个覆盖了显影光刻胶并已金属化的玻璃母盘。因为它可以反射,具有坑点,所以可播放。但母盘的表面非常精细易损,并且母盘制作耗费大量的时间和费用,所以母盘不能作为一种消费产品。为了复制大量的盘片,需要对玻璃母盘上的坑点结构做金属拷贝。这个拷贝放在模压机上,可生产大量的盘片。制作玻璃母盘的金属拷贝的工艺叫做电铸。电铸和电镀非常相似,事实上这两种技术的唯一区别是:电镀在工件上涂覆一薄层金属。