1 前言

　　市場對于芯片級封裝 (CSP) 的需求正在迅速增長，CSP封裝是指封裝器件的尺寸最多比芯片本身的尺寸大20％。晶圓級CSP是最普遍的芯片級封裝形式之一，其焊料凸起或焊球直接沉積在硅晶的電阻接點(diǎn)上。

　　然后，焊料凸起或焊球經(jīng)過回流焊處理形成堅(jiān)固的機(jī)電接口，可在自動(dòng)化表面貼裝裝配線上用于組件貼裝。經(jīng)過回流焊處理的晶圓級凸起能夠?qū)⒌寡b的裸片粘結(jié)在基底上。這種封裝可省去傳統(tǒng)上使用的金粘結(jié)引線，而這種引線的作用是將裸片和單獨(dú)的引線框連接起來。

　　市場現(xiàn)有數(shù)種在晶圓表面生成預(yù)成型焊球的方法，而晶圓級CSP和其它倒裝芯片技術(shù)的研發(fā)者面臨的挑戰(zhàn)之一，就是將該封裝優(yōu)勢應(yīng)用于成本經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)工藝中。對于倒裝芯片和單系統(tǒng)封裝 (SiP) 等高級封裝，在FR4環(huán)氧基底上置放焊球是更為必要的工藝。SiP為定制 IC 的系統(tǒng)級芯片(SoC) 制造提供了頗具吸引力的選擇，它已顯現(xiàn)出更大的靈活性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以將多個(gè)功能區(qū)塊布置在單獨(dú)的芯片上。

　　利用 SiP 技術(shù)，可使用不同的工藝制造系統(tǒng)級芯片。比如，標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝可以與砷化鎵 (GaAs) 或者鍺化硅 (SiGe) 等更加特殊的工藝相結(jié)合，使器件的RF 性能達(dá)到最優(yōu)。使用 SiP 技術(shù)，多個(gè)芯片可以封裝在一個(gè)基底上，從而實(shí)現(xiàn)高集成度、低總體組件數(shù)及低互連密度。SiP 可使用晶圓級凸起將裸片附著在基底上，基底級凸起可與電路板互連。

　　要實(shí)現(xiàn)倒裝芯片工藝，需要找到在晶圓和基底上進(jìn)行高效、大批量焊料凸起加工的解決方案。對于尺寸范圍較大的凸起 (0.3-0.9mm)，焊球置放可能是一種有效的方法。

　　焊料凸起生產(chǎn)的挑戰(zhàn)在于快速轉(zhuǎn)換、更高的生產(chǎn)量和第一次通過合格率，尤其是當(dāng)凸起間距更精密時(shí)。用戶也在幾個(gè)層次上尋求更低的成本：初期設(shè)備投資、長期使用成本及工具。為了滿足這些需求，供應(yīng)商需要提供靈活的操作平臺，比如可處理不同輸入格式的器件，還能夠沉積助焊劑、焊膏或焊料。

　　2 晶圓凸起方法

　　在晶圓表面生成焊料凸起的方法有許多種，先討論電鍍技術(shù)。在該工藝中，光刻膠噴濺到凸起下部金屬化晶圓上，并被固化；涂上光刻膠的晶圓經(jīng)過掩模、曝光和顯影，顯現(xiàn)出凸起生成的位置，然后再進(jìn)行劇烈烘烤；隨后，晶圓被裝入晶圓盒并自動(dòng)傳送，經(jīng)過預(yù)處理、濕式化學(xué)電鍍、后處理和烘干工序；最后，進(jìn)行光刻膠剝離、金屬刻蝕和回流焊處理。

　　對于晶圓凸起工藝，利用網(wǎng)板印刷平臺進(jìn)行批量壓印是一種經(jīng)濟(jì)上頗具吸引力的方法，因?yàn)檫@種方法的設(shè)備投資低得多。印制頭只需幾秒鐘的時(shí)間，即可將焊膏涂敷到整個(gè)網(wǎng)板上，可同時(shí)對幾十萬個(gè)焊墊進(jìn)行凸起加工，因此，該工藝在產(chǎn)量方面具有明顯優(yōu)勢。

　　采用這種方法，需要使用針對每項(xiàng)應(yīng)用定制的特別設(shè)計(jì)指南。此外，還需要專門的設(shè)備、材料和工藝指令，以建立穩(wěn)固的高良率晶圓凸起印刷和回流焊工藝。

　　在壓印工序，可使用過印策略 (over-printing strategy) 來獲得80至150微米的凸起高度，而凸起間距為150至500微米。這項(xiàng)技術(shù)要求在制作電鑄網(wǎng)板時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)則。另外，也需要密切關(guān)注粘結(jié)焊墊的設(shè)計(jì)，留出足夠的接觸面積，以便在給定的間距條件下達(dá)到足夠的焊點(diǎn)強(qiáng)度。

　　芯片的焊墊尺寸直接影響焊料的用量。要獲得相同的經(jīng)回流焊處理的凸起高度，較小焊墊所需的焊膏量比較大焊墊的少。然而，如果焊墊尺寸太小，較小的粘結(jié)區(qū)域就不足以承受相對較多的焊料。這樣，凸起及焊點(diǎn)強(qiáng)度可能受到重大影響，而好處只是間隙距離略微增加。

　　焊料凸起的尺寸也和芯片焊墊的可濕潤粘結(jié)區(qū)的形狀有關(guān)。該形狀不一定由焊墊的幾何形狀決定，而主要由焊墊上的鈍化窗決定。

　　現(xiàn)列舉一個(gè)典型的示例，焊膏通過大小為6 x 19 mil、3 mil深的網(wǎng)板穿孔沉積在晶圓上。在回流焊過程中，焊膏回流到焊墊上，形成高5 mil、直徑為6 mil的球狀體。一般來說，這項(xiàng)工藝適用于凸起間距最小為200微米的全陣列結(jié)構(gòu)裸片，以及凸起間距最小為150微米的外圍陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖1）。
                    

     許多可行的工藝技術(shù)是這樣的，對印刷平臺進(jìn)行配置以滿足半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境的需要。配置包括自動(dòng)晶圓運(yùn)送系統(tǒng)，以及適用于潔凈室的自動(dòng)無紙清潔系統(tǒng)。全封閉的印制頭可使焊膏保持最佳的狀態(tài)，還可將焊膏處理、網(wǎng)板表面曝光及焊膏損耗減至最低限度。這些系統(tǒng)在使用專門而昂貴的低α焊膏進(jìn)行超精密間距凸起加工時(shí)非常重要。
　　3 柱形凸起工藝

　　焊球粘結(jié)設(shè)備可使用標(biāo)準(zhǔn)或者平滑的柱形凸起工藝，用于倒裝芯片的焊球操作。這兩種都是串行工藝，即每次形成一個(gè)焊球，用于晶圓級凸起或者單裸片凸起的加工。