用于实现超薄晶片级封装（wlp）的封装体的低成本、低轮廓的焊料凸点工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种用于实现超薄晶片级封装（WLP）的封装体的低成本、低轮廓的焊料凸点工艺。具体而言，本文说明了用于浸焊工艺的技术，其提供了低轮廓、低成本的焊料凸点形成工艺，可以实施它以促进封装厚度缩放（例如减小总体封装厚度）。例如，本文公开的浸焊工艺可以实现超薄晶片级封装（WLP）、超薄晶片级方形扁平无引脚（WQFN）封装等。
【专利说明】用于实现超薄晶片级封装(WLP)的封装体的低成本、低轮廓的焊料凸点工艺
【背景技术】
[0001 ] 在半导体封装中，诸如电镀或植球之类的方法用于形成晶片级的板接合的焊料凸点。这两种方法/工艺涉及:a)设计掩模或模板；及13)使用光掩模(photo tool)或对准工具来:将掩模或模板适当地对准凸点下金属层(metallization) (UBM);在UBM上沉积或放置焊球；及回流以形成凸点。
【发明内容】
[0002]说明了用于浸焊工艺的技术，该工艺提供了低轮廓(low-profile)、低成本的焊料凸点形成工艺，可以实施它以实现超薄晶片级封装(WLP)、超薄晶片级方形扁平无引脚(WQFN)封装等。
[0003]提供这个
【发明内容】
部分以简化的形式引入概念的选择，在以下的【具体实施方式】部分中会对它们进行进一步的说明。这个
【发明内容】
部分并非旨在确定所要求的主题的关键特征或基本特征，也不是旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]参考附图来描述【具体实施方式】。说明书和附图中不同实例中使用相同的附图标记可以指示相似或相同的项目。
[0005]图1是根据本公开内容的示例性实施例的系统的示图，可以实现其以执行焊料凸点形成工艺。
[0006]图2是根据本公开内容的进一步的示例性实施例的系统的示图，可以实现其以执行焊料凸点形成工艺。
[0007]图3是示出根据本公开内容的示例性实施例的工艺的流程图，所述工艺用于在晶片的凸点下金属层上执行焊料凸点形成。
[0008]图4是根据本公开内容的示例性实施例的集成电路器件(例如芯片)的视图，集成电路器件具有由图3所示的工艺形成的焊料凸点。
【具体实施方式】
[0009]概沭
[0010]形成用于板接合的焊料凸点的半导体封装过程中的两个主要方法是电镀和植球。这两个方法/工艺涉及:a)设计掩模或模板；及b)使用昂贵的光掩模或对准工具来:将掩模或模板适当地对准凸点下金属层(UBM);在服11上沉积或放置焊球；及回流焊以形成凸点。这样，以上提及的方法/工艺是昂贵且耗时的。随着焊盘轮廓变小，使用这些方法变得成本更高。此外，当使用这些方法时，在尝试形成极薄的封装厚度时，晶片(特别是薄晶片)的处理变成了难题。
[0011]便携式电子设备推动了对晶片级封装(WLP)的封装体的厚度缩放的需要。以前借助通过使用微植球减小焊球高度已经减小了封装厚度(例如从0.64毫米(mm)到0.35mm)。但进一步进行厚度缩放则存在相当大的挑战，例如微植球能力限制(例如，当前在每分钟(min) 80微米(μ m))和显著的成本影响(例如，微植球成十倍地增大了每一个晶片的处理成本)。
[0012]本文公开的是焊料凸点形成工艺，其:a)相比于当前使用的焊料凸点形成工艺，提供了低轮廓、低成本的焊料凸点形成，以实现进一步的封装厚度缩放(例如，减小总体封装厚度)；及《可以以当前使用的焊料凸点形成工艺(例如植球或镀覆)的成本的一小部分来实现。
[0013]示例件系统
[0014]图1和2示出了系统(100、200)，可以实现其以执行工艺300，以便在晶片150上形成焊料凸点(以下详细说明工艺300)。在实施例中，晶片150 (如图1所示)是完全成形的晶片(例如硅晶片)，具有特定尺寸和形状的凸点下金属层(UBM) 152 (例如铜(Cu)UBM、镍(Ni)/金(Au)UBM、Cu/无电镀镍浸金(ENIG)UBM或者任何终饰层(finish))。在实施例中，UBMl52 是光限定的(photodefined) UBM。
[0015]在图1中，示出了根据本公开内容的示例性实施例的系统100，其被配置用于一次在一个晶片上执行工艺300。系统100包括加热元件102，例如加热板。此外，系统100包括容器(receptacle) 104，例如槽或罐状物，其连接到加热元件102 (例如被配置在上面)。将容器104构造用于保持(例如包含)焊料(例如熔融焊料)106。例如，焊料106可以放置在容器104内并借助加热元件102加热到焊料是熔融焊料106的温度(例如230摄氏度)，从而允许容器104提供熔融焊料浴。在实施例中，熔融焊料106可以是任何焊料类型，例如锡(Sn)。容器104进一步被配置用于保持(例如包含)助焊剂108 (例如晶片凸点形成助焊齐IJ)，例如水溶性助焊剂，免清洗助焊剂，非活性松香助焊剂(R助焊剂)，适度活性松香助焊齐IJ (RMA助焊剂)，或者活性松香助焊剂(RA助焊剂)。在实施例中，助焊剂108可以是液体、泡沫或膏体。助焊剂108可以被配置用于腐蚀(例如阻止)晶片150的表面(例如UBM152)上的氧化物和/或污染物，从而使得表面成为活性的。
[0016]在实施例中，在容器104内，助焊剂108位于焊料106之上(例如层叠在其顶上)，如图1所示。在实施例中，调整容器104的尺寸以保持(例如包含)晶片150。在实施例中，容器104具有开口端110，其被配置(例如调整尺寸)用于在容器104中容纳晶片150 (例如允许其进入)，以使得晶片150可以浸入助焊剂108中，并随后浸入熔融焊料106中。容器104被进一步配置(例如调整尺寸)，以使得在晶片150已经浸入助焊剂108和熔融焊料106中后，晶片150于是可以从容器104移除(例如收回)。在实施例中，晶片150可以以相对于助焊剂108的顶面和/或焊料106的顶面成角度地(例如范围在约20度到约70度的角)浸入助焊剂108和熔融焊料106和/或从助焊剂108和熔融焊料106中移除。在其他实施例中，晶片150可以直接向下浸入助焊剂108和熔融焊料106中和/或从助焊剂108和熔融焊料106中直接提起，例如以相对于助焊剂108的顶面和/或焊料106的顶面成90度的角度。在实施例中，系统100可以被配置用于允许用户手动地将晶片150引入容器中以及从容器移除晶片150。可替换地，系统100可以是自动的，以使得借助自动化设备将晶片150引入容器中并从容器移除。此外，自动化系统可以监控和/或控制工艺条件，例如晶片150暴露于助焊剂108和/或熔融焊料106的时间量、熔融焊料106的温度等。[0017]在图2中，示出了根据本公开内容的示例性实施例的被配置用于并行(例如同时)为多个晶片执行工艺300的系统200。在实施例中，系统200包括如上所述的加热元件(例如，加热板)102。此外，系统200包括如上所述的容器104，其被配置用于包含助焊剂108和熔融焊料106。此外，容器104包括如上所述的开口端110。但在图2所示的系统200中，调整容器104的尺寸以便容纳保持器112 (例如晶舟)，其被配置用于保持(例如包含)多个晶片150。例如，系统200允许保持器112和多个晶片150包含在保持器112内，以便被并行(例如同时)引入容器104中(例如容纳在其内)，以使得保持器112和包含在保持器112内的晶片150可以浸入到助焊剂108中，随后浸入到熔融焊料106中，随后从容器移除(例如收回)。在实施例中，保持器112被配置用于在晶片150包含在保持器112内时，允许晶片150与助焊剂108和熔融焊料106进行物理接触。这样，系统200允许对晶片150的进行批处理。在实施例中，在图2所示的系统200中，保持器112和/或晶片150可以以相对于助焊剂108的顶面和/或焊料106的顶面成角度地(例如范围在约20度到约70度的角)浸入助焊剂108和熔融焊料106和/或从助焊剂108和熔融焊料106中移除。在其他实施例中，保持器112和/或晶片150可以直接向下浸入助焊剂108和焊料106中和/或从助焊剂108和焊料106中直接提起，例如以相对于助焊剂108的顶面和/或焊料106的顶面成90度的角度。类似于上述的系统100，在实施例中，系统200可以被配置用于手动系统或自动系统。
[0018]在其他实施例中，可以实现现有印刷电路板(PCB)波焊系统，以使得晶片可以通过熔融焊料的喷泉或波，以便将晶片引入到焊料中。在这种系统实施例中，可以实现自动化，并可以在分离的位置(station)执行晶片到助焊剂和焊料的引入，例如助焊剂位置和熔融焊料位置。例如，使用这种系统实施例的通常顺序可以包括执行以下步骤:a)操作者将晶片放置在卡盘上山)将卡盘和晶片移动到助焊剂位置，以便在其UBM侧上充分地用助焊剂处理晶片；c)将晶片移动到熔融焊料位置(例如熔融焊料室)，并通过焊料喷泉，在此焊料起反应并在UBM上形成焊缝(fillet)。
[0019]示例性的焊料凸点形成工艺
[0020]图3示出了根据本公开内容的示例性实施例的工艺300(例如浸焊工艺)，用于在晶片上(例如晶片水平面上)形成焊料凸点(例如低轮廓焊料凸点)。在实施例中，晶片150(如图1所示)是完全成形的晶片(例如硅晶片)。例如，晶片150由半导体材料(例如硅)形成，可以具有形成于其中的一个或多个集成电路。在多个实施方式中，集成电路可以是数字集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、其组合等等。可以通过适合的前段工艺(FEOL)制造技术来形成集成电路。在实施例中，晶片150包括具有特定尺寸和形状的凸点下金属层(UBM) 152 (例如铜(Cu) UBM、镍(Ni ) /金(Au) UBMXu/无电镀镍浸金(ENIG) UBM或者任何终饰层)。在实施例中，UBM152是光限定的UBM。
[0021]在实施例中，工艺300包括步骤:将助焊剂施加到晶片150的凸点下金属层上(步骤304)(例如，用助焊剂处理晶片，用助焊剂涂覆晶片)。例如，可以将晶片150引导(例如浸入、降低)到助焊剂108中(例如晶片凸点形成助焊剂)，诸如水溶性助焊剂、免清洗助焊齐U、非活性松香助焊剂(R助焊剂)、适度活性松香助焊剂(RMA助焊剂)或者活性松香助焊剂(RA助焊剂)。在实施例中，助焊剂108可以是液体、泡沫或膏体。助焊剂108可以被配置用于腐蚀(例如阻止)晶片150的表面(例如UBM152)上的氧化物和/或污染物，从而使得表面成为活性的。
[0022]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:将晶片放置在焊料浴中，以液体焊料涂覆凸点下金属层(步骤306)。例如，在晶片150浸入到助焊剂108中后，可以将晶片150引导(例如浸入)到熔融焊料106的浴中。例如，焊料浴可以包括20升液体(例如熔融)焊料，熔融焊料在至少230摄氏度的温度下。在实施例中，熔融焊料106可以是任何焊料类型，例如锡(Sn)焊料。当晶片150暴露于熔融焊料106时，UBMl52与焊料106进行固态反应，这导致在UBM152的分界面上形成金属间化合物。该金属间化合物导致UBM152的分界面成为可附着表面，由于表面张力，其被配置用于保持焊料106。
[0023]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:从焊料浴移除晶片，以允许涂覆在凸点下金属层上的液体焊料固化，并在凸点下金属层上形成焊料凸点(步骤308)。例如，在晶片150暴露于(例如浸入)熔融焊料106后，将晶片150从焊料浴缓慢地移除(例如缓慢地拉出)。在将晶片150从焊料浴缓慢地移除的时间过程中及之后，保持在(例如粘结到)UBM152上的焊料106固化并形成焊料凸点154，留下很好的保护性焊料终饰层。形成的焊料凸点154可以被配置为形成于UBM152上(例如形成于UBM的焊盘上，如铜(Cu)焊盘上)的拱形焊料焊缝。在实施例中，取决于UBM152的几何形状(例如，铜焊盘的表面积)和/或表面张力，形成的焊料凸点154的高度范围从I到100微米(μ m)。在示例性实施例中，形成的焊料凸点154的高度(例如厚度)范围从20到40微米(μπι)，以便提供相比于由现有工艺形成的焊料凸点的约50%的高度降低。在实施例中，形成的焊料凸点154的高度(例如焊料焊缝)154可以通过以下方式控制:使用气刀(用于将压缩气体(例如空气、氮气)传送到UBM152的表面上或沿着所述表面传送的设备，例如氮气喷射装置);控制浸入参数；和/或借助设计调整UBMl52的几何形状。
[0024]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:在将助焊剂施加到晶片之如，加热晶片(步骤302)。例如，在以助焊剂涂覆晶片之前(步骤304)，且在将晶片放置到焊料浴中之前(步骤306)，可以预加热晶片150(步骤302)，以便使得当晶片150稍后放置在熔融焊料106中时其破裂的可能性最小(例如避免)。在实施例中，晶片150可以加热到低于焊料的熔点20-30摄氏度的温度。例如，在实施例中，晶片150可以加热到150摄氏度的温度。
[0025]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:在将晶片从焊料浴移除后，将压缩气流施加到晶片，用于控制在凸点下金属层上形成的焊料凸点的高度(步骤310)。在实施例中，形成的焊料凸点的高度(例如焊料焊缝)154可以通过使用气刀(被配置用于将压缩气体(例如压缩空气、压缩氮气)传送到UBM152的表面上或沿着所述表面传送的设备，例如气体喷射装置)来控制。此外，形成的焊料凸点154的高度也可以通过控制浸入参数和/或借助设计调整UBM152的几何形状来控制。在实施例中，可以随着将晶片拉出焊料浴而施加压缩空气或压缩氮气(N2),以便在焊料固化前控制焊料凸点的高度。
[0026]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:在将晶片从焊料浴移除后，将助焊剂从晶片去除(步骤312)。例如，在从焊料浴移除后(步骤308)，可以用水或某些溶剂(例如99%的异丙醇)处理晶片150，以便将助焊剂108从晶片150去除。
[0027]在实施例中，工艺300进一步包括步骤:将晶片切片以形成多个集成电路器件(例如，管芯；个体芯片)(步骤314)。晶片的切片可以通过划片并断开、通过机械锯切或通过激光切割来完成。切片之后，可以将个体芯片(例如硅芯片)封装到芯片载体中，其随后适合于构造电子设备，例如计算机等。可以实现上述的工艺300，以实现超薄晶片级封装(WLP)、超薄晶片级方形扁平无引脚(WQFN)封装等。
[0028]图4示出了由上述工艺300形成的集成电路器件(例如个体芯片)400。在实现方式中，集成电路器件400可以是数字集成电路器件、模拟集成电路器件、混合信号集成电路器件等等。在实施例中，集成电路器件400包括半导体衬底(例如硅衬底)402，具有形成于其中的一个或多个集成电路404。在多个实施方式中，集成电路404可以是数字集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、其组合等等。可以通过适合的前段工艺(FEOL)制造技术来形成集成电路404。
[0029]在实施例中，由上述工艺300形成的集成电路器件(例如芯片)404包括凸点下金属层152和形成在凸点下金属层152上的焊料凸点154。每一个焊料凸点154都可以具有范围从I微米到100微米的高度。例如，焊料凸点154可以具有在5到50微米之间、20到40微米之间等的高度。在实施例中，焊料凸点154和凸点下金属层152用于提供在集成电路器件(例如芯片)400与被配置用于容纳器件400的衬底(例如印刷电路板)之间的电气互连。在实施例中，可以在各种电子(例如计算)设备中实现由本公开内容的工艺300形成的集成电路器件400，所述电子设备例如便携式电子设备(例如智能电话、平板电脑)。
[0030]益论
[0031]尽管以特别针对结构特征和/或工艺操作的语言描述了主题，但应理解，在所附权利要求书中定义的主题不必局限于上述的特定特征或操作。相反，作为实现权利要求的示例性形式而公开了上述的特定特征和操作。
【权利要求】
1.一种工艺，包括: 将助焊剂施加到晶片的凸点下金属层； 将所述晶片放置到焊料浴中，以便以液体焊料涂覆所述凸点下金属层；以及将所述晶片从所述焊料浴中移除，以允许涂覆在所述凸点下金属层上的所述液体焊料固化并在所述凸点下金属层上形成焊料凸点。
2.根据权利要求1所述的工艺，进一步包括: 在将助焊剂施加到所述晶片之前，加热所述晶片。
3.根据权利要求1所述的工艺，进一步包括: 在将所述晶片从所述焊料浴中移除后，将所述助焊剂从所述晶片去除。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述晶片由硅形成。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述凸点下金属层是光限定的，并且由以下材料之一形成:铜、镍、金和无电镀镍浸金。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述助焊剂被配置用于抑制在所述晶片的表面上的氧化，所述助焊剂是以下助焊剂之一:水溶性助焊剂、免清洗助焊剂和松香助焊剂。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述焊料凸点的高度范围为从I微米到100微米。
8.根据权利要求1所述`的工艺，其中，所述焊料凸点的高度范围为从I微米到50微米。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中，在所述焊料浴中的所述液体焊料处于至少230摄氏度的温度下。
10.根据权利要求1所述的工艺，进一步包括: 在将所述晶片从所述焊料浴中移除后，将压缩气流施加到所述晶片，以便控制形成于所述凸点下金属层上的所述焊料凸点的高度。
11.一种工艺，包括: 加热娃晶片； 将助焊剂施加到所述晶片的凸点下金属层，所述助焊剂是液体、泡沫或膏体之一； 将所述晶片放置到焊料浴中，以便以熔融焊料涂覆所述凸点下金属层； 将所述晶片从所述焊料浴中移除，以允许涂覆在所述凸点下金属层上的所述熔融焊料固化并在所述凸点下金属层上形成焊料凸点；以及将所述助焊剂从所述晶片去除。
12.根据权利要求11所述的工艺，其中，所述助焊剂被配置用于抑制在所述晶片的表面上的氧化，所述助焊剂是以下助焊剂之一:水溶性助焊剂、免清洗助焊剂和松香助焊剂。
13.根据权利要求11所述的工艺，进一步包括: 在将所述晶片从所述焊料浴移除后，将压缩气流施加到所述晶片，以便控制形成于所述凸点下金属层上的所述焊料凸点的高度，所述压缩气流是压缩空气流和压缩氮气流之
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14.根据权利要求11所述的工艺，其中，加热所述晶片包括将所述晶片加热到比所述焊料的熔点低约20摄氏度到约30摄氏度的温度。
15.根据权利要求11所述的工艺，其中，所述焊料凸点的高度范围为从I微米到100微米。
16.根据权利要求15所述的工艺，其中，所述焊料凸点的高度范围为从I微米到50微米。
17.根据权利要求11所述的工艺，进一步包括: 将所述晶片切片以形成多个集成电路器件。
18.根据权利要求11所述的工艺，其中，所述凸点下金属层是光限定的，并且由以下材料之一形成:铜、镍、金和无电镀镍浸金。
19.一种晶片级封装器件，包括: 集成电路器件，所述集成电路器件包括: 半导体衬底； 形成于所述半导体衬底内的一个或多个集成电路； 形成于所述半导体衬底上的凸点下金属层；以及 形成于所述凸点下金属层上的焊料凸点，所述焊料凸点的高度范围为从I微米到50微米。
20.根据权利要求18所述的晶片`级封装器件，其中，所述焊料凸点的高度小于5微米。
【文档编号】H01L21/48GK103871905SQ201310692656
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】K·坦比杜赖, V·汉德卡尔, T·周 申请人:马克西姆综合产品公司