[发明专利]无助焊剂的凸点回流工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装制程，具体的说，涉及凸点制作过程中无助焊剂的凸点回流工艺。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高性能、高可靠性方向发展。在集成电路芯片尺寸逐步缩小，集成度不断提高的情况下，电子工业对集成电路封装技术提出了越来越高的要求。

倒装芯片(flip chip)技术是通过在芯片表面形成的焊球，使芯片翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。

凸点制作技术(bump)是倒装芯片中的一个关键技术。凸点是焊料通过一定工艺沉积在芯片互连金属层上，经过一定温度回流形成的金属焊球。制作凸点的传统工艺参考附图1A至1B所示，如图1A所示，提供一表面已经形成钝化层11和互连金属层12的芯片10，在芯片10表面形成一凸点下金属层13(Under-Bump Metallurgy，UBM)；然后在UBM层上喷涂光刻胶，并曝光、显影以形成光刻胶开口；然后在光刻胶开口处沉积凸点焊料16；之后，去除光刻胶层和部分凸点下金属层13。参考图1B，在芯片表面喷涂助焊剂(图中未示出)，接着在一定温度下回流形成凸点17，随后，清除芯片10表面以及凸点17上的助焊剂。

典型的助焊剂由树脂松香、活性剂、溶剂，触变剂，其他添加剂等组成。在传统的回流工艺中，助焊剂主要起到去除焊料表面的杂质，还原金属氧化物，以及辅助焊料回流的作用。传统的回流制程中，通过使用助焊剂以及控制回流的温度来形成所需形状的凸点，其工艺过程主要分为如下几个阶段：a)预热阶段：使助焊剂活化；b)挥发阶段：蒸发掉助焊剂中的部分溶剂，并使焊料中产生的气泡逸出；c)初熔阶段：继续蒸发掉助焊剂中的溶剂，助焊剂与焊料表面的氧化物以及金属盐等杂质互相作用，去除焊料表面的杂质；d)回流阶段：在设定的温度下使焊料溶化；e)冷却：使溶化的焊料在自身表面张力作用下形成球状。

由于助焊剂价格较贵，而且形成凸点之后还需要使用去焊剂进行清洗，不仅浪费了资源、提高了凸点制程的成本，而且在清洗助焊剂的过程中助焊剂还可能与去焊剂相互作用，引入新的缺陷。

因此，不使用助焊剂的焊料回流制程就成为一种极具挑战性和竞争力的新工艺，申请号为02810933的中国专利申请文件描述了不使用助焊剂而把芯片互连到基片的倒装方法，通过使用热压缩接合器，使凸点在回流之前通过接触压力保持芯片和相关基片大致对准，因而在凸点回流之前不必使用助焊剂来把芯片与基片接合在一起。但是这种方法仅适用于芯片互连时的回流工艺，目前尚未见到形成凸点过程中不使用助焊剂的回流工艺的专利申请。

由于助焊剂在现有的凸点回流工艺中起到还原金属氧化物、包覆熔融焊料的作用，缺少助焊剂的凸点回流制程，在回流过程中，焊料中的有机物挥发，产生气泡，容易使焊料飞溅，在凸点附近形成焊料球。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中采用不含助焊剂的回流制程时产生焊料飞溅、从而在凸点附近产生焊料球的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供了一种无助焊剂的凸点回流工艺，包括如下步骤：纯化过程：使焊料在熔融或者半熔融状态下保持40秒至540秒；成球过程：使焊料完全熔融，形成球状凸点；冷却。

其中，纯化过程中使焊料保持熔融或者半熔融的温度大于等于T_c-4℃并且小于等于T_c+4℃，其中T_c为焊料的熔点。

进一步，纯化过程为一个温度在T_c-4℃至T_c+4℃之间的升温过程，更进一步，所述纯化过程包括一个或者一个以上的恒温阶段，每个阶段的时间为40秒至180秒，更进一步，一个以上的恒温阶段的温度值成线性关系。

本发明优选三个恒温阶段，且三个恒温阶段中每一阶段的时间都为40秒至180秒，再进一步，所述纯化过程的三个恒温阶段的温度呈线性关系。

最优选的，所述的纯化过程的三个恒温阶段中，第一恒温阶段的温度为T_c-2℃，第二恒温阶段的温度为T_c，第三阶段的温度为T_c+2℃。

其中，成球过程中使焊料完全熔融形成球状凸点的温度大于等于T_c+15℃并且小于等于T_c+65℃，成球过程所需时间为40秒至180秒。