[发明专利]焊球形成装置和焊球形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种焊球形成装置和焊球形成方法。

背景技术

随着我国电子产品向高性能、微小型化方向发展，为减小电路模块体积、提高高频特性，会越来越多的用到焊球阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、多芯片组件(MCM)、微电子机械(MEMS)和系统级芯片(SOC)等先进器件和组件。所以，凸点芯片倒装焊接技术必将成为芯片互连的主流工艺技术。

与传统的线连接与载带连接相比，倒装芯片技术有明显的优点：封装密度最高；具有良好的电和热性能；可靠性好；成本低。因此倒装芯片是一种能够适应未来电子封装发展要求的技术。凸点芯片倒装焊接技术主要特点是：(1)基板上直接安装芯片：(2)对应的互连位置必须有凸起的焊点-凸点：(3)基板和芯片的焊点成镜像对称；(4)同时实现电气和机械连接。可见，在倒芯片封装过程中，凸点形成是其工艺过程的关键。

现有技术通常采用模板印刷方法形成焊球，通过涂刷器和模板，将焊料涂刷在焊盘上。影响模板印刷工艺质量的因素很多，工艺非常复杂。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种焊球形成装置和形成方法，使得焊球的形成过程简单，易于操作。

为解决上述问题，本发明提供一种焊球形成装置，包括：一种焊球形成装置，其特征在于，包括：载台，所述载台用于放置芯片；控制单元和与所述控制单元连接的三维移动装置，通过所述控制单元控制所述三维移动装置在水平方向和垂直方向移动；喷嘴，所述喷嘴固定于三维移动装置上；焊料源，所述焊料源与所述喷嘴连接，用于向所述喷嘴提供熔融状态的焊料；压 力调整单元，所述压力调整单元与所述喷嘴连接，用于调整所述喷嘴内的焊料受到的压力；冷却装置，用于使焊料冷却凝固。

可选的，所述喷嘴材料包括：钨、钨合金、镍、镍合金或陶瓷。

可选的，还包括加热元件，用于对喷嘴进行加热，所述加热元件位于喷嘴外壁。

可选的，所述加热元件为镍铬加热丝。

可选的，所述压力调整单元包括：施压气体源、位于施压气体源与喷嘴之间的调节阀。

可选的，所述施压气体源包括加热装置，用于对所述施压气体进行加热。

可选的，对所述施压气体进行加热的温度为200℃～300℃。

可选的，所述调节阀具有双向气压调节功能，用于调整向所述喷嘴内施加的压力为正压或负压。

可选的，所述调节阀包括与施压气体源和喷嘴连接的流量阀、与喷嘴连接的真空泵。

可选的，所述冷却装置包括冷却气体源和与所述冷却气体源连接的冷却喷头。

可选的，所述冷却喷头固定于三维移动装置上。

可选的，所述冷却气体源是N₂源。

为解决上述问题，本发明的实施例还提供一种采用上述焊球形成装置的焊球形成方法，包括：提供上述焊球形成装置；提供待形成焊球的芯片，所述芯片上形成有金属连线和覆盖所述金属连线的具有多个开口的聚合物层，所具开口位于金属连线表面；采集所述芯片上的开口的位置和尺寸信息，并录入控制单元；所述控制单元根据所述开口的位置和尺寸信息，控制三维移动装置移动，使得喷嘴移动至其中一开口上方；焊料源向喷嘴内提供焊料，同时通过压力调整单元向喷嘴内的焊料施加压力，通过喷嘴另一端流出，形成焊料液滴，逐滴进入开口，直至所述焊料液滴填满所述开口并溢出；通过冷却装置对进入开口的焊料进行冷却，使开口内焊料凝固，最终形成焊球； 所述控制单元根据所述开口的位置和尺寸信息，继续控制三维移动装置移动，使得喷嘴移动至另一开口上方，并按上述方法，依次在其他开口内形成焊球。

可选的，通过加热元件对喷嘴进行加热，以确保所述焊料在喷嘴内为熔融状态；所述加热元件对喷嘴进行加热的加热温度为200℃～300℃。

可选的，所述三维移动装置在水平方向和垂直方向上移动，其中，在水平方向上的移动速率为10μm/s～300mm/s，在垂直方向上的移动速率为10μm/s～100mm/s。

可选的，在所述三维移动装置移动时，通过压力调整单元使喷嘴内保持负压，避免喷嘴内焊料滴出。

可选的，冷却装置包括冷却气体源和与所述冷却气体源连接的冷却喷头，冷却气体从冷却喷头喷出，对开口内焊料进行冷却；调整所述冷却气体的流速，调整焊料的凝固速率。

可选的，调整所述喷嘴内压力大小，使喷嘴内流出的焊料液滴直径小于开口宽度。

可选的，所述喷嘴与开口底部之间的距离小于开口高度的两倍。