面对无铅焊料和微细间距挑战的晶圆凸点

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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铅在电子工业中有着非常广泛的应用需求，这是因为它的价格比较低廉，同时具有良好的导电性和相对较低的熔点。然而，根据RoHS等指令的规定，电子产品中要消除有害材料的使用。因此，人们在不断地寻找着铅的替代品。

目前，采用微细间距无铅焊料的晶圆级封装（Wafer-LevelPackaging，简称WLP）只占全球WLP需求非常小的一部分。现在很少有对小于100μm的凸点间距（一个凸点中心到另一个凸点中心的距离）的需求，国际半导体技术发展路线图（ITRS）预计，到2009年才会有大量的晶圆凸点制造商需要采用100μm的凸点间距。例如，IBM公司——焊料凸点生产的祖父级公司——在许多的产品上面仍采用它的C4凸点技术，其间距为220μm。需求很少但是发展非常迅速的应用是在非常微细的互连方面，例如密度极高的映像检波阵列（pixelateddetectorarrays）。

估计在电子封装产品中所有焊点的30%是用于无源器件的。由CaliforniaMicroDevices和AVX公司推出的无源凸点在一个晶圆上面采用了“集成无源器件”的方式进行制造。它们采用了在厚的Ti/Cu凸点下面金属喷镀（under-bumpmetallization，简称UBM）的工艺方式，同时适用于有铅和无铅焊料。采用尺寸为150～300μm的有铅或无铅焊料球，安置在晶圆上的无源器件上面，从而编排成可以正式使用的WLP。

晶圆级凸点的形成

在晶圆级实现凸点的几种基本方法有焊膏的模板印刷、焊料喷射、焊料球安置和焊料的微细镀覆等。焊料喷射、球体安置和嵌入凸点是随后发展起来的形成凸点的制造方法，这些方法可以提供高度的设计灵活性，但是需要较长的周期。最新的照相工具不需要进行设计变化，就可以满足焊料喷射WLP的需要。采用CAD软件的设备对程序可进行灵活的调整，所以能很快地满足新的焊点设计要求。美国的PacTech公司和MicroFabTechnologies公司通过实践证明，利用他们的精密设备，可以进行快速地焊料喷射，从而形成凸点；一般采用的UBM方法是Ti/Cu和在铝材上进行无电镀镍金（electrolessnickelgold，简称ENIG）。与此同时，采用预制焊料球体安置的方法一般受制于相对较大的尺寸，以及面对新设计要求尽可能少的工具变更；模板印刷、微细镀覆和铟蒸发技术可以提供最高密度的间距尺寸。

高密度的映像探测

一个快速增长的领域是映像阵列，在该领域有着高密度的映像图素要求，以求满足各种各样的探测应用要求。这些阵列有时要求每平方厘米上要有40000个映像点，每个映像点要求采用一个焊料凸点，将硅基片探测器与读数IC连接起来，在这里溶合了所有的硅工艺技术。在如此微小的区域上有着如此高密度的连接，是要求在这些系统上面采用不大于50μm间距的主要原因。有两种微细间距的设计方案己经开始实施：一种是采用含铅焊料，例如电镀共熔合金SnPb，以实现25～50μm的间距；另外一种方法是采用铟焊料，可以实现15～50μm的间距。

在欧洲的研究人员发布了采用铟凸点技术在WLP上面实现了15μm间距的消息，该项技术用于映像红外焦平面阵列系统（pixelatedIRfocalplanearraysystems）。

铟凸点是一项简单的工艺技术，它只要花上很少的研究力量就可以获取，事实证明人们遇到的挑战在于50μm的间距。然而，一般来说在探测器装配工艺实施期间，因为它的剪切强度非常弱，所以产量会很低。因此，具有高强度的共熔合金SnPb可以满足绝大多数高能物理研究者使用映像探测器阵列来进行微小颗粒的研究的需要。
有关国际组织也要求采用高密度的映像探测器来满足各种各样的应用需要，例如天体物理学、医疗图像以及蛋白质结晶的研究等。目前，高密度映像探测器的应用领域还没有强制地转向采用无铅焊料。然而，随着医疗图像市场的不断扩大，对采用焊料进行互连的要求也在不断增大，所以也愈来愈为政治家和环境保护主义者所关注，这也会推动其朝向采用无铅焊料的方面发展。为了能够远离高密度含铅焊料，研究人员提供了一种采用三维硅互连的方案，在这项方案中使用了铜通孔工艺技术，从而为与环境和谐共处的焊接材料找到了一个合适的位置。

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