本发明专利技术公开了一种基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置，该装置包括用于电化学反应的电解槽(6)及电解液、具有多通道输出的电沉积电源(5)、用于为芯片焊盘通电的芯片微电极阵列、用于为基板焊盘通电的基板微电极阵列、用于对准微电极与芯片/基板焊盘的机器视觉系统和整机控制系统(12)；芯片微电极阵列分别接电沉积电源的阴极；基板微电极阵列分别接电沉积电源的阳极；微电极阵列的底座位于最低位时，所有的探针与所有的焊盘接触，从而为焊盘通电，在通电的焊盘之间基于电解沉积模式生长出引线。本发明专利技术采用简单的机构和控制，能并行实现微电子芯片与基板的引线互连。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置，该装置包括用于电化学反应的电解槽(6)及电解液、具有多通道输出的电沉积电源(5)、用于为芯片焊盘通电的芯片微电极阵列、用于为基板焊盘通电的基板微电极阵列、用于对准微电极与芯片/基板焊盘的机器视觉系统和整机控制系统(12)；芯片微电极阵列分别接电沉积电源的阴极；基板微电极阵列分别接电沉积电源的阳极；微电极阵列的底座位于最低位时，所有的探针与所有的焊盘接触，从而为焊盘通电，在通电的焊盘之间基于电解沉积模式生长出引线。本专利技术采用简单的机构和控制，能并行实现微电子芯片与基板的引线互连。【专利说明】基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置
本专利技术涉及一种基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置。
技术介绍
裸芯片（die)电路制作完毕后，必须在芯片和基板之间制造一些引线，将芯片电 路与基板电路连接起来，实现信号分配、电源分配和散热等功能，这就是微电子封装引线互 连。引线互连是从芯片到器件的桥梁，完成了互连引线后，芯片才能成为可应用的器件。 目前主要的互连引线方法主要方法是超声引线键合（Wire/Ball bonding)和超声 楔焊（Ultrasonic wedge bonding),全球每年米用这些方法制造的互连引线多达6X1012 条。这些方法的特点是采用超声将事先制造好的金属丝焊接在芯片和基板焊盘上，实现互 连引线的制造。其缺点是：1)互连引线必须事先制造好，直径仅25微米的引线制造极其复 杂，直接推高了引线互连的成本；2)引线必须逐条焊接，焊接过程中焊头的复杂机械运动， 使得引线互连设备的机械结构和运动控制系统十分复杂，使得该类设备的价格昂贵；3)互 连引线键合完成后，还必须经过严格的导通测试，以确保每一条引线都牢固地焊接在焊盘 中，实现了焊盘间的互连，确保没有虚焊或脱焊。 上述复杂的超声引线互连方法，使得引线互连成为微电子制造过程中最费时费力 的工序。因此，有必要设计一种新型的微电子封装引线互连方法与装置，用于避免复杂的引 线制造与逐条焊接过程、避免互连之后的测试，实现互连引线的并行制造。现有技术中，未 检索到与基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置相关的方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对超声引线键合需要实现制造引线、焊接设备的 焊头运动复杂、控制系统复杂、设备昂贵、互连后还需要单独进行导通性测试的缺点，提供 一种基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置，该基于电化学生长的微电子封装 引线互连方法与装置采用简单的机构和控制，能并行实现微电子芯片与基板的引线互连。 专利技术的技术解决方案如下： -种基于电化学生长的微电子封装引线互连装置，包括用于电化学反应的电解 槽（6)及电解液、具有多通道输出的电沉积电源（5)、用于为芯片焊盘通电的芯片微电极阵 列、用于为基板焊盘通电的基板微电极阵列、用于对准微电极与芯片/基板焊盘的机器视 觉系统和用于控制整个引线过程的整机控制系统（12); 芯片微电极阵列分别接电沉积电源的阴极（负极）；基板微电极阵列分别接电沉 积电源的阳极（正极）； 芯片微电极阵列和基板微电极阵列均包括底座和在底座上设置的多个探针，每一 根探针即为一个微电极；底座为具有升降功能的底座；芯片微电极阵列和基板微电极阵列 上的探针设置位置分别与芯片焊盘和基板焊盘的布置对应，使得底座位于最低位时，所有 的探针与所有的焊盘接触，从而为焊盘通电，在通电的焊盘之间基于电解沉积模式生长出 引线；电镀完毕后，底座抬起，探针脱离焊盘。 所述的基于电化学生长的微电子封装引线互连装置还包括用于驱动基板微电极 阵列和基板微电极阵列的运动平台及其控制系统（10)。 所述的微电极采用金属、合金材料或者导电惰性电极材料制成；金属为钨、铼或 钼；微电极的端面面积小于焊盘面积的1/2。 一种基于电化学生长的微电子封装引线互连方法，采用前述的基于电化学生长的 微电子封装引线互连装置，包括以下步骤： 步骤1 :将芯片与基板固定在电镀槽中，然后在机器视觉系统辅助下，将芯片微电 极阵列与基板微电极阵列分别与芯片焊盘和基板焊盘对齐并接触；在需要实现互连的芯片 焊盘与基板焊盘之间形成至少一对电沉积电极；【解释：如果多条引线同时生长，则需要先 同时形成多对电沉积电极；任两个焊盘之间最多只能有一条引线】； 步骤2 :将电镀液导入电镀槽（6)中，接通电沉积电源；通过微电极向芯片焊盘和 基板焊盘供电；芯片焊盘与基板焊盘将作为电沉积的阴极与阳极发生电化学反应，并在芯 片焊盘（阴极）上沉积出金属；随着时间的推移，金属向基板焊盘方向生长，最终形成芯片 与基板焊盘之间的引线；引线生成时，停止供电； 所有的引线可以分批或者同时用上述方法制造；所有的电极对之间的引线制造完 成后，芯片微电极阵列和基板微电极阵列均升起离开焊盘，以便将互连完成后的芯片和基 板拿走，并将下一个需要互连的芯片和基板放入电解槽中，并重复上述电化学引线键合过 程，从而实现连续的工业生产。 所述步骤2中，当生长的金属将芯片基板焊盘连接在一起的时候，电解沉积的阴 极与阳极之间电阻急剧下降，导致电沉积系统的电流将发生突然增加；在此过程中，监视每 一对微电极的电流变化，当电流增量达到一定阂值后，认为引线已经在该对电极间生成，焊 盘间已经形成了可靠的互连，并停止供电，完成相应引线的制造。 所述的阂值为15mA。 电解液中含有铜、银、金或铝离子中的任一种。 温度应该控制在120°c以下，电解液为硫酸铜溶液，硫酸铜溶液溶度应该控制在 lmol/L 以下。 每根探针的电流控制在0. 5-5微安，以实现2-5nm/s的沉积速率。 所有的电极对之间的引线制造完成后，再通过电极对之间的电流检测确定互连引 线的导电性能；即通过监测微电极对之间的电流来判断焊盘间的引线是否连接成功，以及 连接的电性能如何，因此可以在互连引线的同时完成连接可靠性测试。【因为引线未连接 时，焊盘间的电阻极大，而引线为可靠连接状态时，焊盘间的电阻极小，焊盘之间相当于短 接，焊盘连接后，若2个焊盘之间未形成可靠连接，则具有一定的接触电阻，故而可以通过 监控电流来检测连接状态；这种监控为现有成熟技术】 有益效果： 本专利技术的基于电化学生长的微电子封装引线互连方法与装置所具有的有益效果 有： 1)由于采用电化学沉积并行制造引线，因此引线的效率和速度可以数倍高于采用 超声引线的方法； 2)由于没有焊头的复杂运动及其控制过程，因此引线设备的成本和复杂程度大大 降低。 3)由于引线过程中不需要给焊盘施加键合力，因此特别适合于三维堆叠芯片中悬 臂芯片的互连引线、MEMS器件中芯片的互连引线等不能承受大的力载荷的互连引线场合。 4)由于引线是实时沉积形成，无需事先制造，并且可以采用铜或者锌等非贵金属 (超声引线键合一股采用贵金属），因此引线的成本可以大大降低。 5)由于可以通过监测微电极对之间的电流大小来判断焊盘间的引线是否连接成 功，以及连接的电性能如何，因此可以在互连引线的同时完成连接可靠性测试。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电化学生长的微电子封装引线互连装置，其特征在于，包括用于电化学反应的电解槽(6)及电解液、具有多通道输出的电沉积电源(5)、用于为芯片焊盘通电的芯片微电极阵列、用于为基板焊盘通电的基板微电极阵列、用于对准微电极与芯片/基板焊盘的机器视觉系统和用于控制整个引线过程的整机控制系统(12)；芯片微电极阵列分别接电沉积电源的阴极；基板微电极阵列分别接电沉积电源的阳极；芯片微电极阵列和基板微电极阵列均包括底座和在底座上设置的多个探针，每一根探针即为一个微电极；底座为具有升降功能的底座；芯片微电极阵列和基板微电极阵列上的探针设置位置分别与芯片焊盘和基板焊盘的布置对应，使得底座位于最低位时，所有的探针与所有的焊盘接触，从而为焊盘通电，在通电的焊盘之间基于电解沉积模式生长出引线；电镀完毕后，底座抬起，探针脱离焊盘。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王福亮，王峰，李军辉，韩雷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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