应用于倒装芯片的铜钉头凸点技术
摘要 铜钉头凸点技术可以为中低I/O密度的器件提供成本最低的倒装芯片封装。
技术概述
在互连市场上,如果倒装芯片技术想从当前位置出发获得更大市场份额,需要开发出低成本的工艺和材料。通常来讲倒装芯片互连由晶圆级沉积的焊料——SnPb或无铅焊料——实现。很多种方法可以完成焊料沉积,包括电镀、蒸发和印刷焊膏。凸点下金属化层（UBM）非常重要,在互连中UBM作为中间层提供可焊表面并且阻止焊料向IC中扩散,但其作用经常被忽略。实际上,在整个产品寿命周期中,UBM必须保持低应力、粘附性好、抗腐蚀并且与焊料浸润好。
图2展示的是传统的倒装芯片工艺。在晶圆制造中通过光刻工艺将UBM层沉积到芯片上,这一工艺需要开发额外的光刻掩模板。UBM不但给焊料提供了粘附层,还起到焊料阻挡层的作用。焊料不会粘附到芯片钝化层上,所以避免了邻近焊球之间的桥接。当焊料沉积完成后,通过再流（熔化）形成球状。低成本倒装芯片工艺采用化学镀镍的方法代替溅射UBM。图3展示的是化学镀镍倒装芯片的工艺。化学镀镍是一种湿法化学工艺。铝键合焊盘首先进行两次锌化。在铝上形成一层薄的锌种子层,可作为镍沉积的牺牲层。为了提高种子层的均匀性通常采用两次锌化的方法。完成锌层的制作后,化学镀镍过程在锌的表面发生置换反应。铝表面覆盖的锌层被镍原子取代形成薄膜并继续生长直到厚度约5 μm。之后为了钝化在镍的表面镀一层薄的金保护层。镍/金键合区为焊料提供了焊接窗口,在后续的再流之后焊料变成球状。
铜钉头倒装芯片
铜钉头凸点可以作为焊料的粘附层,而不需要使用UBM2或化学镀镍/金凸点,由于不需要额外的晶圆工艺或化学镀操作因而简化了工艺流程。铜钉头凸点可以通过改进的自动引线键合机高速制备。图4展示的是一个铜Accu-凸点,图5展示的是其组装结构。对汽车电子和DDR3 DRAM等低到中I/O数的器件来说,该方法为高质量凸点提供了低占有成本（CoO）的制作途径,与传统的UBM方法相比,需要的成本和工艺投资更少。由于采用了现有的引线键合工艺,可以实现比传统的倒装芯片更窄的凸点间距。
