[发明专利]一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子封装领域中的倒装焊，具体涉及一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法。

背景技术

倒装芯片(flip-chip)工艺是上世纪60年代由IBM公司提出的一种封装互连技术，但三十年后其才获得足够的重视发展起来。倒装芯片技术是将芯片有源区面对基板，通过芯片上成阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连，相比引线键合(wire bonding)方式其互连长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了封装器件的电性能，显然，这种互连方式能够提供更高的输入/输出密度，倒装占有面积计划与芯片大小一致，在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。

目前，倒装芯片技术广泛应用于系统级芯片(SOC)和系统级封装(SOP)产品中。与传统引线键合工艺相比，倒装芯片工艺具有许多明显优点，表现在优越的电学及热学性能，更高的集成度，封装线条更小等。倒装芯片工艺有以下几种实现形式(General Flip Chip Die Bonding Processes,Henry Chou,10^thAnnual International KGD Packaging and Test Workshop,Sept.8-10,2003)：

1)冷压焊，要求常温下能达到200kg的力且保证互连样品共面性好，主要应用在焦平面、探测器、传感器器件中；

2)热压焊，在高温下依靠金属互扩散实现低电阻率高强度的互连，主要应用在射频(RF)器件中；

3)黏附式，要求高精度的对准，在半导体和光电子中应用；

4)回熔焊，需要保护性气氛且焊点材料熔点低；

5)超声/超声热焊，要求高频率的摩擦，精度在±5～10μm，应用于不能承受高温且输入/输出数量较少的器件。

目前红外焦平面器件仍然采用成熟的冷压焊工艺。但是随着红外焦平面器件面积的增大，焊点数量的增加，已经很难达到焊点上0.1g/10μm²力的要求。此外，焊点能够经受的冷热循环次数N_f跟焊点的剪切力大小相关，具体表示为(J.T Jiang,S.Tsao,T.O’Sullivan,M.Razeghi,and G.J.Brown,Infrared Physicsand Technology,45,2004,p143.)：

Nf≈12(Δγ0.65)-2=12(0.65hLΔαΔT)2]]>

其中，h为焊点高度，L是焊点到焦平面中心的距离，Δα是焦平面与电路热膨胀系数之差，ΔT是冷热循环的温度变化范围。对于材料既定的焦平面和电路，Δα和L是固定的。在同样的ΔT下，提高焊点的高度可以增加焊点经受冷热循环的次数N_f。因而，回熔焊特别是回熔提拉技术成为很多研究者的课题。之前的回熔报道基本都需要借助还原性气氛，比如氢气、蚁酸(Ch.Broennimann,F.Glaus,J.Gobrecht,S.Heising,M.Horisberger,R.Horisberger,H.C.Kastli,J.Lehmann,T.Rohe,and S.Streuli,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,565,2006,p303.)等，提高了实现回熔焊技术的门槛。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法，克服回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖问题，并且显著提高生产效率。