FC封装之倒装芯片凸点工艺与倒装芯片封装清洗介绍

在芯片表面金属层上制备芯片凸点时，为了防止封装中的金属及污染离子向芯片表面金属层扩散造成腐蚀或形成硬脆的金属间化合物（Intermetallic Compound，IMC），降低互连系统的可靠性，需要在芯片表面金属层与芯片凸点之间添加凸点下金属化层（Under Bump Metallurgy，UBM）结构作为过渡层。如图3所示，UBM结构包括覆盖在芯片金属层上的粘接层、阻挡层、润湿层和抗氧化层。

最早的FC晶圆C4凸点制造技术是IBM公司开发的蒸镀工艺，目前最常用的方法是电化学沉积或电镀工艺。

芯片凸点的蒸镀工艺流程如下：将钼掩模板对中至晶圆，在晶圆上蒸镀UBM层后进行焊料的蒸镀，随后移去掩模板，最后通过回流焊使焊料成为光滑的球型。

蒸镀工艺的缺点是蒸镀工艺较低的材料利用率增加了成本，同时蒸镀工艺得到的凸点节距较大，较难应用于细节距芯片。

芯片凸点的电化学沉积或电镀工艺如图4(a)所示，采用溅射方法沉积UBM，然后在UBM层上涂覆光刻胶，使用掩模板进行紫外线曝光，定义凸点的位置和形状，在凸点位置电镀一层Cu作为润湿层，然后电镀焊料，剥离光刻胶并用过氧化氢或等离子蚀刻去除其他位置多余的UBM，最后对晶圆进行回流，在表面张力的作用下形成光滑的球型C4焊料凸点。

电镀工艺进行焊料凸点制作的成本效益好、良率高、速度快且凸点密度高。焊料还可以通过焊膏的丝网印刷工艺来实现，沉积UBM后，使用自动漏印板或丝网印刷结合精密漏印板，对特制的焊膏进行刮板印刷得到焊料图形，并采用回流焊的方式使焊料凸点变为球型。这种方法虽然成本较低，但是所得凸点的形状粗糙，且无法制作细节距凸点。

焊料凸点的材料可以被分为三种：熔点超过250℃的高温焊料（95%Pb-5%Sn与97%Pb-3%Sn等）、熔点为200℃～250℃的中温焊料（96.5%Sn-3.0%Ag-0.5%Cu，99%Sn-0.3%Ag-0.7%Cu与96.5%Sn-3.5%Ag等）以及熔点低于200℃的低温焊料（37%Pb-63%Sn共晶，42%Sn-58%Bi共晶以及48%Sn-52%In等）。

C4工艺可以达到较薄封装外形和较高引脚密度的要求，且具有电性能优良以及凸点芯片可返修等优点。此外，C4焊料凸点在熔融过程中的表面张力还可以帮助焊料与金属层进行自对准，在一定程度上降低了对沉积精度及贴片精度的要求，一般C4凸点芯片的焊料回流焊凸点节距可以小至50μm。

在进行芯片与基板之间键合的过程中，大多数C4凸点采用的键合方法为回流焊工艺。涂敷助焊剂后，将FC表面向下对齐贴装至底部芯片或基板，进行回流焊。

回流焊工艺过程中，焊料融化并润湿底部芯片或基板的技术层，表面张力作用下FC和底部芯片或基板发生自对准并形成冶金结合。冶金结合的过程即焊料与金属层发生反应生成稳定的IMC的过程，Cu6Sn5与Cu3Sn是键合过程中最常见的IMC，产生于Sn基焊料与Cu发生反应时。

3、Cu柱凸点      

随着IC集成度的提高，芯片凸点需要满足细节距以及极细节距芯片的要求。而C4凸点回流后呈球型，尺寸较大，在节距较小时容易发生短路。因此，需要使用其他技术进行细节距芯片的凸点制作，C2（Chip Connection）技术是其中的主流技术之一。

C2技术中使用的Cu柱直径不受高度影响，可以实现更细节距凸点的制备，Cu柱可以分为不带焊料帽以及带焊料帽的Cu柱。C2凸点的制造工艺基本与C4凸点相同，如图4(b)所示，只不过电镀过程中不再是电镀焊料而改为电镀Cu。

在带焊料帽Cu柱制造过程中，除了电镀Cu还会在Cu柱上再电镀一层厚度较薄的焊料帽。因为Cu的热导率（400W/m·k）和电阻率（0.0172μΩ·m）都优于焊料（55W/m·k~60W/m·k和0.12μΩ·m~0.14μΩ·m），因此与C4 技术相比，C2凸点有更好的电性能、热性能和力学性能。

但是由于C2凸点的焊料体积非常小，甚至在不带焊帽的Cu柱凸点中没有焊料的存在，C2凸点的表面张力不足以执行Cu柱与焊帽的自对准，故C2凸点的自对准性不如C4 焊料凸点。