[发明专利]热压接合尖端及相关设备与方法

说明书

本发明揭示一种用于热压接合底表面的接合尖端，其包含裸片接触区域及覆盖所述底表面的至少一部分的低表面能材料。所述低表面能材料可覆盖基本上整个所述底表面，或仅覆盖围绕所述裸片接触区域的外围部分。所述裸片接触区域可相对于所述外围部分凹入某一深度，所述深度至少与要在所述经凹入的裸片接触区域中接纳的半导体裸片的厚度一样大。还揭示一种热压接合方法。

优先权主张

本申请案主张2017年6月16日申请的“热压接合尖端及相关设备与方法(Thermocompression Bond Tips and Related Apparatus and Methods)”的第15/625,676号美国专利申请案的申请日期的权益。

技术领域

本文中所揭示的实施例涉及用于热压接合的接合尖端。更特定来说，本文中所揭示的实施例涉及与非导电膜一起用于堆叠式电组件(包含但不限于半导体裸片及其它衬底)的导电元件之间的热压接合中的接合尖端。

背景技术

热压接合(为简洁起见在下文也简称为“接合”)已在相当长的一段时间内用于半导体封装技术中。所述工艺可用于接合“倒装芯片”裸片中，其经配置有呈凸块、球状物、柱子或螺栓的形式从裸片表面(通常是有源表面)突出的导电元件。导电元件可经配置为：所谓“C4”凸块，其包括凸块下金属化层(UBM)上的焊球；“C2”凸块，其包括具有焊帽的铜柱子；及用于Cu到Cu扩散接合(也被称为“直接”接合)的铜柱子。

随着半导体装置的引脚计数增加且相邻导电元件之间的间距显著减小，C4技术展现在凸块的相对较大焊料质量的回焊期间相邻焊料凸块之间短接的可能性增大。C2技术实现相对较高引脚计数及较紧密间距，短接趋势较低。与C4技术相比，Cu到Cu直接接合还提供更高引脚计数及更紧密间距，但需要更高精确度的组件对准。

如与组装后底填充(例如毛细管底填充(CUF))相比，使用施加到要接合组件的预组装底填充实现C2及Cu扩散接合技术的相对较紧密柱子到柱子间距，并且实现组件之间的较窄接合线。预组装底填充类别可经特性化为非流动底填充(NUF)、非导电胶(NCP)底填充及非导电膜(NCF)底填充，其中后者也可被称为晶片级底填充(WLUF)。NUF或NCP可通过旋涂、针施配或真空辅助工艺而以裸片级施加到例如其上具有C2或Cu柱子的半导体裸片的组件并位于裸片表面上及柱子上方，或以晶片级施加到非单分半导体裸片阵列。NCF底填充通过膜层压而以晶片级施加到其上具有C2或Cu柱子的半导体裸片。在C2柱子的情况下，NCF还可包含助焊剂。C2柱子的实例尺寸包含最初顶上有40μm Sn-Ag焊帽的10μm Cu柱子、用2μmNi及20μm Sn覆盖的26μm Cu柱子、用3μm Ni及15μm Sn覆盖的15μm Cu柱子。还已知采用包括5μm Ni+Sn的导电元件，其中无铜柱子。具有预组装底填充(例如NUF、NCP或NCF底填充)的柱子到柱子间距可小到10μm，且采用Cu柱子时的接合线薄到约20μm到约30μm。如果未采用Cu柱子，那么接合线可为15μm或更小。

晶片上的NCF底填充层压可相对快速地实现，均匀地分布在(例如)裸片表面上方，以增强实现均匀且无空隙底填充的能力。NCF材料常规地使用载体膜(例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜)来施加，其中NCF材料是利用(例如)辊子抵靠晶片表面按压。接着剥除载体膜，且可接着任选地移除(例如，切割)膜深度的一部分以暴露帽的焊料。即使与NUF及NCP技术相比NCF底填充需要更少底填充材料，从而降低过量底填充从堆叠式组件之间流出的可能性，但仍存在流出足以污染接合尖端的足够风险，所述接合尖端也可经特性化为在接合操作期间的热压接合设备的接合“工具”。控制NCF材料的膜厚度以及接合工艺参数已用来减小在接合线外围处形成底填充的过大“圆角”的可能性，但未完全成功，从而降低产品良率。