專利名稱：一種焊點(diǎn)制備方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種焊點(diǎn)制備方法及其結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于使用焊點(diǎn)的倒裝焊、芯片尺寸封裝等電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電子封裝技術(shù)中，使用焊球的倒裝焊等封裝形式，它區(qū)別于傳統(tǒng)的封裝形式的特點(diǎn)是通過(guò)焊點(diǎn)連接芯片和基板，而不是使用金屬線連接。這種區(qū)別使倒裝焊能夠提供良好的電連接等性能，具有較高的封裝密度。倒裝焊使用焊球回流的方法連接芯片和基板。傳統(tǒng)的封裝形式，使用外力等將金屬線鍵合在芯片上，這種外力有可能損壞芯片中的連線或電路，從而引起失效。而倒裝焊使用回流的方法，不施加這種外力，從而減小了這種失效的可能性。焊球在倒裝焊中廣泛使用。通常，焊球主要由金屬材料制得。常用的金屬材料有Sn、Ag、Cu，有時(shí)會(huì)添加少量的稀土元素等其它材料來(lái)提高焊球的性能。由于銅有較高的熔點(diǎn)，遠(yuǎn)高于回焊之溫度，因此在回焊過(guò)程中銅核不會(huì)熔融，并且在固態(tài)時(shí)可抗任何變形的情況，因此可精確地控制焊點(diǎn)高度和共平面性。此外，相較于普遍的共晶焊料，銅亦具有優(yōu)越的電性與熱傳等性質(zhì)。因此，為因應(yīng)未來(lái)提升BGA焊點(diǎn)可靠度更嚴(yán)苛之要求，使用銅核焊錫球可能是有效的方法之一。在界面反應(yīng)的研究中，銅核焊錫球焊點(diǎn)制作需做二次回焊處理。銅核焊錫球?yàn)橐环N復(fù)合式的焊錫球，它的內(nèi)部是銅球，而焊料包覆于外層。而銅核將使用三種不同尺寸來(lái)做為焊接。在銅核焊錫球中，外層的焊料部份采用共晶錫鉛焊料。在回焊焊接后，試樣將經(jīng)過(guò)120°C、160°C、175°C下，熱處理時(shí)間從24到960小時(shí)。回焊后，于共晶錫鉛焊點(diǎn)中，界面上只有Ni3Sn4生成，然后經(jīng)固態(tài)熱處理期間，則有(AuxNih)Sn4回聚于界面上。在銅核焊錫球焊點(diǎn)中，有四種金屬間化合物生成，其中Cu3Sn和(Cu1HAupNiq)6Sn5生成于銅核/焊料界面上，而Ni3Sn4和(Cu1IyAuxNiy)6Sn5生成于焊料/鎳層界面上。由此可知,銅核加入BGA焊料內(nèi)，可有效抑止(AuxNi1J Sn4的回聚，并且生成(CUl_x_yAuxNiy)6Sn5進(jìn)而取代之。錫鉛焊錫球和銅核焊錫球焊點(diǎn)的金屬間化合物成長(zhǎng)情況大致上遵循拋物線定律。另外，再利用金屬間化合物厚度與熱處理時(shí)間，計(jì)算出各焊點(diǎn)的成長(zhǎng)速率常數(shù)和活化能。在機(jī)械性質(zhì)的研究中，錫鉛焊錫球與銅核焊錫球的剪切與拉伸焊點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)隨著固態(tài)熱處理的時(shí)間增加而有下降趨勢(shì)，但銅核焊點(diǎn)中強(qiáng)度下降速率較為緩慢。此外，銅核尺寸的大小對(duì)于焊點(diǎn)強(qiáng)度并沒(méi)有明顯之趨勢(shì)。由剪切與拉伸試驗(yàn)也得知，銅核焊錫球焊點(diǎn)比錫鉛焊錫球焊點(diǎn)有較好之強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種焊點(diǎn)制備方法及其結(jié)構(gòu)，用于使焊點(diǎn)和芯片具有更好的連接可靠性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種焊點(diǎn)制備方法，該方法包括以下步驟:步驟一，在硅片正面濺射金屬層，作為電鍍種子層；步驟二，在所述金屬層上涂光刻膠并前烘；步驟三，圖形化光刻膠并后烘；步驟四，使用圖形化光刻膠做掩膜，電鍍銅以形成銅層，直到該銅層的厚度超過(guò)光刻膠層的厚度，并形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)；步驟五，繼續(xù)使用圖形化光刻膠做掩膜，電鍍錫以形成包裹傘狀銅柱結(jié)構(gòu)的錫層；步驟六，回流，形成包含該傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述步驟二中光刻出的圖形為圓孔形。優(yōu)選地，所述金屬層的材料包括但不限于TiW/Cu、Ti/Cu、Ti/Cu/N1、Al/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Al/Ni/Au。本發(fā)明還提供一種焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括硅片、位于該硅片上的圖形化金屬層，該焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)還包括位于該圖形化金屬層上的傘狀銅柱結(jié)構(gòu)以及包裹所述傘狀銅柱結(jié)構(gòu)的錫層。優(yōu)選地，所述傘狀銅柱結(jié)構(gòu)包括圓柱狀支撐部以及位于該支撐部上的傘狀頭部。本發(fā)明提到的包含 傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)是使用光刻膠做掩膜電鍍銅，電鍍完掩膜內(nèi)的空間后繼續(xù)進(jìn)行電鍍，從而形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)。傘狀銅柱上的錫層是電鍍銅完成后，使用電鍍銅的掩膜繼續(xù)電鍍錫，電鍍錫結(jié)構(gòu)后回流形成包含傘狀銅柱核的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利使用電鍍方法，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)。


圖1a-1f為本發(fā)明焊點(diǎn)制備方法流程示意圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明硅片I金屬層2光刻膠3傘狀銅柱結(jié)構(gòu)4錫層具體實(shí)施例方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖1a-1f所示。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1a-1f所示，本發(fā)明提供一種焊點(diǎn)制備方法，具體包括以下步驟:第一步，在硅圓片I正面濺射金屬層2，作為電鍍種子層。如圖1a所示。所述金屬可以為金屬或金屬?gòu)?fù)合層，例如 TiW/Cu、Ti/Cu、Ti/Cu/N1、Al/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Al/Ni/Au。第二步，在金屬層2上涂光刻膠3并前烘。如圖1b所示。第三步，在光刻膠3光刻出圖形，并后烘。光刻出的圖形可以為周期性排列的圓孔形。如圖1c所示。第四步，使用圖形化光刻膠做掩膜，在圓孔內(nèi)電鍍銅，形成銅層，直到該銅層的厚度超過(guò)光刻膠的厚度，形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)4。如圖1d所示。第五步，繼續(xù)使用光刻膠做掩膜，電鍍錫(或銀)，形成包裹傘狀銅柱結(jié)構(gòu)4的錫層(或銀層)5。如圖1e所示。第六步，回流錫球，形成包含傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。如圖1f所示。本發(fā)明還包括一種包含傘狀銅柱核的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括硅圓片1、濺射于硅圓片I正面的用于將來(lái)制作圖形的金屬層2、金屬層2上的傘狀銅柱4以及傘狀銅柱4上包裹的錫5。所述傘狀銅柱結(jié)構(gòu)4包括圓柱狀支撐部以及位于該支撐部上的傘狀頭部。該圓柱狀支撐部的高度大于等于所述金屬層2的高度(厚度)。本發(fā)明提到的包含傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)是使用光刻膠做掩膜電鍍銅，電鍍完掩膜內(nèi)的空間后繼續(xù)進(jìn)行電鍍，從而形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)。傘狀銅柱上的錫層是電鍍銅之后，使用電鍍銅的掩膜繼續(xù)電鍍錫，電鍍錫結(jié)構(gòu)后回流形成包含傘狀銅柱核的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用了銅柱做內(nèi)核，在銅柱外回流錫球包裹該銅柱，形成具有銅柱核的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。銅柱核通常為圓柱形，由于銅出色的熱、電性能，這種包含銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有較高的連接可靠性，熱學(xué)、電學(xué)性能。綜上所述，本發(fā)明使用的焊點(diǎn)制備方法，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)。有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種焊點(diǎn)制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一，在硅片(I)正面濺射金屬層(2)，作為電鍍種子層； 步驟二，在所述金屬層(2)上涂光刻膠(3)并前烘； 步驟三，圖形化光刻膠并后烘； 步驟四，使用圖形化光刻膠做掩膜，電鍍銅以形成銅層，直到該銅層的厚度超過(guò)光刻膠層的厚度，并形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)； 步驟五，繼續(xù)使用圖形化光刻膠做掩膜，電鍍錫以形成包裹傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)的錫層(5)； 步驟六，回流，形成包含該傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊點(diǎn)制備方法，其特征在于，所述步驟二中光刻出的圖形為圓孔形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊點(diǎn)制備方法，其特征在于，所述金屬層(2)的材料包括但不限于 TiW/Cu、Ti/Cu、Ti/Cu/N1、Al/Ni/Au、Ti/Ni/Au, Al/Ni/Au。
4.一種焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括硅片(I)、位于該硅片上的圖形化金屬層(2)，其特征在于:該焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)還包括位于該圖形化金屬層(2)上的傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)以及包裹所述傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)的錫層(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)包括圓柱狀支撐部以及位于該支撐部上的傘狀頭部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種焊點(diǎn)制備方法及其結(jié)構(gòu)，該方法包括以下步驟步驟一，在硅片(1)正面濺射金屬層(2)，作為電鍍種子層；步驟二，在所述金屬層(2)上涂光刻膠(3)并前烘；步驟三，圖形化光刻膠并后烘；步驟四，使用圖形化光刻膠做掩膜，電鍍銅以形成銅層，直到該銅層的厚度超過(guò)光刻膠層的厚度，并形成傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)；步驟五，繼續(xù)使用光刻膠(3)做掩膜，電鍍錫以形成包裹傘狀銅柱結(jié)構(gòu)(4)的錫層(5)；步驟六，回流，形成包含該傘狀銅柱的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有成本低，剪切力、熱機(jī)械可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/60GK103187324SQ20111044996
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者寧文果, 羅樂(lè), 徐高衛(wèi), 朱春生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所