焊球植球凸块工艺的可靠性研究

焊球植球是一种最具潜力的低成本倒装芯片凸块制作工艺.采用焊球植球工艺制作的晶圆级芯片尺寸封装芯片的凸块与芯片表面连接的可靠性问题是此类封装技术研究的重点.为此,参考JEDEC关于电子封装相关标准,建立了检验由焊球植球工艺生产的晶圆级芯片尺寸封装芯片凸块与芯片连接及凸块本身是否可靠的可靠性测试方法与判断标准.由焊球植球工艺生产的晶圆级芯片尺寸封装芯片,分别采用高温存储、热循环和多次回流进行试验,然后利用扫描电子显微镜检查芯片上凸块剖面的凸块下金属层分布和测试凸块推力大小来验证凸块的可靠性.试验数据表明焊球植球工艺生产的晶圆级芯片尺寸封装芯片具有高的封装连接可靠性.     

半导体晶圆化学镍/金UBM工艺与设备

介绍了半导体晶圆化学镍金UBM的工艺流程及其自动控制生产线,包括设备材料的要求及设备内部结构。在200mm的半导体晶圆上成功制作5μm化学镍/金UBM和18μm化学镍金凸点。在光学显微镜、表面轮廓仪和SEM下检测了化学镍/金镀层的表面形貌。通过EDX分析化学镍/金UBM中的镍磷含量。3D自动光学检测了200mm晶圆上化学镍/金凸点的高度和共面性,讨论了镍/金凸点的剪切强度和失效模式,分析了生产中化学镍/金UBM的两种常见缺陷及成因。     

WLCSP中微焊球结构尺寸对其热应力的影响

晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)微焊球结构尺寸对其热机械可靠性有重要的影响。通过二维有限元模拟筛选出对WLCSP微焊球及其凸点下金属层(UBM)中热应力影响显著的参数,采用完全因子实验和多因子方差统计分析定量评估各种因子影响的显著性,最后建立三维模型,用子模型技术研究关键尺寸因子对热应力变化的影响。研究发现,焊球半径是影响焊球热应力的最关键尺寸因子,电镀铜开口和铜焊盘厚度对焊球热应力的影响也较显著;钝化层开口和焊球半径是影响UBM热应力的最关键尺寸因子。随着焊球半径增大,焊球热应力减小。     

用于圆片级封装的金凸点研制

介绍了电镀法进行圆片级封装中金凸点制作的工艺流程,并对影响凸点成型的主要工艺因素进行了研究.凸点下金属化层(UBM,under bump metallization)溅射、厚胶光刻和厚金电镀是其中的工艺难点,通过大量的实验研究,确定了TiW/Au的UBM体系,得到了优化的厚胶光刻工艺.同时,研制了用于圆片级封装金凸点制作的垂直喷镀设备,选用不同的电镀液体系和光刻胶体系,对电镀参数进行了控制和研究.对制作的金凸点与国外同类产品的基本特性进行了对比,表明其已经达到可应用水平.     

化学镍金UBM沉积差异探讨

UBM（under bumping metallization凸点下金属）的制作是整个FlipChip和WLCSP封装工艺中的关键。化学镍金UBM技术以其成本低、可靠性高而受到越来越多的关注和应用。对于不同功能和大小的I／O金属电极,化学镍金UBM的沉积会出现差异和不同。文中用混合电位理论解释了半导体晶圆化学镍金UBM沉积差异的现象。搅拌因素对于面积大小不同的I／O电极混合电位的影响是不同的,面积小的I／O电极其UBM沉积速度高于面积大的I／O电极。不同功能的I／O电极有着不同的起始电势,从而影响I／O电极的混合电位,表现为最终UBM沉积厚度和表面形貌的差异。     

凸点晶圆测试共性问题研究与应用

集成电路"轻、薄、小"的趋势使新封装技术在产业中不断得以应用。晶圆凸点工艺作为新封装技术的关键工序尤为重要,相应的凸点晶圆测试方案是产业面临的现实问题。针对凸点晶圆测试中出现的新问题和技术难点,结合在多个凸点晶圆测试开发和量产过程中积累的成功经验,按照晶圆测试控制流程,依次阐述在凸点晶圆测试中碰到的共性问题,如针对凸点晶圆测试的新型探针卡及测试过程中针压控制、凸点损伤与量产测试中关键操作控制、在线清针与检查、工艺数据测试衔接等。并提供预防凸点损伤的过冲控制参数自动获取解决方案和凸点晶圆并行测试解决方案,实现凸点晶圆可靠的量产测试,有效提高了凸点晶圆的测试能力。     

高可靠硅基MCM芯片凸点技术研究

介绍了采用芯片凸点和倒装焊技术(FCB)的MCM-Si工艺,重点研究了凸点下金属化(UBM)结构设计对电路可靠性的影响;通过再流焊和可靠性试验,以及凸点拉脱力测试,进行了可靠性评价.采用该工艺制作的电路已达到<混合集成电路通用规范>(GJB2438A-2002)靠性等级的H级.     

FeNi合金UBM圆片级封装焊点剪切力研究

FeNi合金与无铅焊料反应速率低,生成的金属间化合物(IMC)较薄,有望作为圆片级封装(WLP)凸点下金属(UBM)层材料.对两种FeNi UBM以及一种Cu UBM圆片级封装样品进行回流、湿热以及预处理实验,并通过推球的方法,对其焊点进行剪切测试.通过断面与截面分析,研究其在不同处理条件下的金属间化合物生长情况,分析其断裂模式.结果表明,FeNi UBM焊点剪切力高于Cu UBM.Fe47Ni UBM与焊料反应生成的金属间化合物较薄,对于剪切力影响较小,而Fe64Ni UBM与焊料反应生成离散的CuNiSn金属间化合物,对于其焊点强度有提高作用,Cu UBM与焊料反应生成较厚的金属间化合物,会明显降低焊点的剪切力.断面分析表明,Cu UBM会随焊球发生断裂,其强度明显小于FeNi UBM.     

圆片级封装的无铅焊料凸点制作技术研究

对圆片级封装（WLP）的结构设计和关键工艺技术进行了研究；描述了凸点UBM层的选择，凸点回流技术以及凸点的质量控制技术；重点阐述了采用电镀来制作无铅焊料凸点的方法。     

C波段宽带薄膜体声波滤波器设计及验证

介绍了一种适用于三维堆叠的凸点式晶圆级封装的小型化C波段宽带薄膜体声波滤波器的设计方法,并进行了工艺验证。通过对压电层薄膜进行钪掺杂、材料参数提取、结构模型优化实现了相对带宽大于5%的薄膜体声波滤波器设计。通过表面硅基微机电系统(MEMS)工艺制备与凸点式晶圆级封装实现滤波器制备。研制出标称频率5 800 MHz、插入损耗小于2.8 dB、阻带抑制大于40 dBc、体积仅1.0 mm×1.0 mm×0.35 mm的C波段宽带薄膜体声波滤波器。     

圆片级封装的无铅焊料凸点制作技术研究

对圆片级封装(WLP)的结构设计和关键工艺技术进行了研究;描述了凸点下金属(UBM)层的选择,凸点回流技术,以及凸点的质量控制技术;重点阐述了采用电镀制作无铅焊料凸点的方法.     

晶圆级芯片规模封装——微型表面贴装元器件

概述了美国国家半导体的晶圆级芯片规模封装技术——也就是微型表面贴装元器件(Mi-croSMD)。采用8I/O数、凸点节距为0.5mm封装论证此新型封装技术,该技术满足于低管脚数模拟和无线元器件。较高管脚数(多达48)产品扩展在各种范围的限定条件之内。论述了封装结构、工艺流程及封装可靠性,并阐述了板级组装工艺过程和互连可靠性。     

基于晶圆键合的MEMS圆片级封装研究综述

为提升微机电系统（MEMS）器件的性能及可靠性,MEMS圆片级封装技术已成为突破MEMS器件实用化瓶颈的关键,其中基于晶圆键合的MEMS圆片级封装由于封装温度低、封装结构及工艺自由度高、封装可靠性强而备受产学界关注。总结了MEMS圆片级封装的主要功能及分类,阐明了基于晶圆键合的MEMS圆片级封装技术的优势。依次对平面互连型和垂直互连型2类基于晶圆键合的MEMS圆片级封装的技术背景、封装策略、技术利弊、特点及局限性展开了综述。通过总结MEMS圆片级封装的现状,展望其未来的发展趋势。     

基于MCM-Si及倒扣焊技术的产品可靠性研究

本文介绍了硅基薄膜基板、SnPb焊料凸点和凸点倒扣焊（FCB）等实用化工艺技术,探讨了MCM—Si高可靠性产品的关键工艺。重点对芯片凸点的UBM可靠性、凸点与硅基的倒扣焊接可靠性、芯片凸点拉脱力等对产品可靠性有重要影响的关键点进行了研究。     

晶圆级封装中的SnPb焊料凸点制作工艺

以晶圆级封装工艺技术(WLP)研究为基础,阐述了电化学淀积SnPb焊料凸点的工艺控制过程。采用电化学淀积方法,制备出150μm高(均匀性为±10μm)的SnPb焊料凸点。经扫描电镜分析,SnPb焊料凸点的成份含量(63/37)控制在5%范围之内。     

一种CMOS驱动器的晶圆级芯片尺寸封装

采用晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)工艺完成了一款小型化CMOS驱动器芯片的封装.此WLCSP驱动器由两层聚酰亚胺(PI)层、重分配布线层、下金属层和金属凸点等部分构成.完成了WLCSP驱动器的设计,加工和电性能测试,并且对其进行了温度冲击、振动和剪切力测试等可靠性试验.结果表明,经过晶圆级封装的CMOS驱动器体积为1.8mm×1.2mm×0.35 mm,脉冲上升沿为2.3 ns,下降沿为2.5ns,开关时间为10.6 ns.将WLCSP的驱动器安装至厚度为l mm的FR4基板上,对其进行温度冲击试验及振动试验后,凸点正常无裂痕.无下填充胶时剪切力为20 N,存在下填充胶时,剪切力为200 N.     

Sn单晶粒微凸点的剪切力学性能研究

微电子先进封装要求微凸点的尺寸不断缩小以满足高密度互连的需求。而微凸点小型化使其微观组织和力学行为都会发生重要变化,进而影响到封装可靠性。通过剪切实验,研究了基体中仅包含一个Sn晶粒微凸点的剪切力学行为及其断裂模式。研究发现在应力和应变速率关系式中,Sn单晶粒微凸点的应变速率敏感度指数m约为0.1,常数值K约为29。Sn单晶粒微凸点的剪切断口表面光滑平整,滑移带分布清晰,属于单晶滑移断裂。研究结果有助于评估Sn单晶粒微凸点的封装可靠性。     

松下电工开发通过晶圆级接合4层封装LED

松下电工成功开发出通过晶圆级接合,将封装有LED的晶圆和配备有光传感器的晶圆,合计4枚晶圆进行集成封装。该公司为了显示其晶圆级封装（WLP）的技术实力,在“第20届微机械／MEMS展”     

倒装芯片互连结构中电流聚集研究

由于电流聚集,在倒装芯片封装技术中,电迁移已经成为一个关键的可靠性问题。分析了电迁移力和电迁移中值失效时间,采用二维模型研究了电流密度和焦耳热在倒装芯片互连结构中的分布以及影响电流密度和焦耳热分布的因素。结果表明铝线(Al)和凸点下金属层(UBM)的厚度对电流密度和焦耳热分布有很大的影响。     

再布线圆片级封装板级跌落可靠性研究

再布线圆片级封装通过对芯片焊区的重新构造以及无源元件的集成可以进一步提升封装密度、降低封装成本。再布线圆片级封装器件广泛应用于便携式设备中,在实际的装载、运输和使用过程中抗冲击可靠性受到高度重视。按照JEDEC标准对再布线圆片级封装样品进行了板级跌落试验,首先分析了器件在基板上不同组装点位的可靠性差异;然后依次探讨了不同节距和焊球尺寸、再布线结构对器件可靠性的影响;最后,对失效样品进行剖面制样,采用数字光学显微进行形貌表征。在此基础上,结合有限元分析对再布线结构和铜凸块结构的圆片级封装的可靠性和失效机理进行深入地阐释。