焊料球的无助熔剂微穿孔方法和所得的装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种方法，其包括：在衬底上方形成导电材料层；在所述导电材料层上方形成掩蔽层；在所述掩蔽层处于适当位置的情况下在所述导电材料层上执行第一蚀刻工艺；移除所述掩蔽层；以及在移除所述掩蔽层之后，在所述导电材料层上执行各向同性蚀刻工艺，借此界定位于所述衬底上的多个穿孔结合结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本标的物大体上针对微电子装置的领域，且更特定来说，针对焊料球的无助熔剂 微穿孔方法，和所得的装置。
技术介绍
使用板上芯片(Chip-on-board)和芯片上板(board-on-chip) (BOC)技术将半导 体裸片附接到介入层(interposer)或其它载体衬底(例如印刷电路板(PCB))。可经由倒 装芯片附接、线结合或卷带式自动结合(“TAB”)来实现附接。倒装芯片附接通常利用球状 栅格阵列(ball grid array,BGA)技术。BGA组件(裸片)包括通常呈焊料球或凸块形式 的以栅格图案布置在裸片的有效表面上的导电外部触点，其准许将裸片倒装芯片安装到介 入层或其它载体衬底(例如，PCB)。在倒装芯片附接中，BGA组件的球与载体衬底上的端子对准，且通过回流焊料球来 连接。可用固化的导电聚合物替代焊料球。接着将电介质底填料(dielectric underfill) 插入于倒装芯片裸片与载体物质的表面之间以嵌入焊料球且使BGA组件与载体衬底机械華禹合。线结合和TAB附接一般涉及以适当粘合剂(例如，环氧树脂)或带将裸片的后侧 附接到载体衬底的表面。在线结合的情况下，使结合线附接到裸片上的每一结合衬垫且结 合到载体衬底(例如，介入层)上的对应端子衬垫。在TAB的情况下，使柔性绝缘带(例如 聚酰亚胺)上载有的金属引线的末端附接到裸片上的结合衬垫且附接到载体衬底上的端 子衬垫。一般使用电介质(例如，硅或环氧树脂)来覆盖结合线或金属带引线以防止损坏。倒装芯片附接已提供改进的电性能且允许较大的封装密度。然而，球状栅格阵列 技术的发展已产生球被制成为较小且具有较紧密间距的阵列。随着球变得较小且较接近地 置于一起，其引起关于倒装芯片裸片上的导电凸块与衬底或介入层上的结合衬垫的相互对 准的问题。倒装芯片附接还可能导致高成本和处理难题。举例来说，要求倒装芯片安装工 精确地对准裸片与介入层或衬底。在倒装芯片封装中，固态熔接、粘合和焊接常用于接合互连系统。这些结合技术面 临众多组装挑战。焊接由于其高组装良率、经由回流消除探测标记的能力、对在组装之后 的返工的允许、电稳定性和由于自对准效应的在置放精确性上的高容限而为优选的结合技 术。然而，对于焊接组装来说，仍存在一些挑战，例如较长的处理时间和为了可焊性而基于 助熔剂来移除氧化物和烃的需要。举例来说，归因于用以在周围环境中制造焊料球的制造 过程，焊料球通常具有在球的外表面上形成的氧化物层。在制成到这些焊料球的导电连接的过程中，归因于氧化物层的存在而使用助熔 剂，即，使用助熔剂来移除这些氧化物。处理时间由于助熔剂应用、精确对准所需的视觉时 间和对用以提供足够润湿时间以便焊接的回流过程的需要而延长。氧化物的助熔剂移除留 下对封装可靠性不利的不合需要的残余物。陷入的残余物还造成可导致过早接合失效的粗 大(gross)焊接空隙。尽管氯氟碳化物(CFC)在移除助熔剂残余物方面为有效的，但其对环境造成危害且并不呈现长期的解决方案。因此，助熔剂的使用和其清洁过程对于在微电 子系统、光电子系统和微机电系统的封装和整合中的倒装芯片部署设置障碍。另一方面，无 助熔剂焊接过程依赖于受控气氛以还原氧化物以便焊接，但此在大量实施中是麻烦的。显 然，高度需要用于倒装芯片组装的在环境气氛中进行即时无助熔剂焊接的方法。本标的物针对可解决或至少减少上述问题中的一些或所有问题的各种方法和装 置。附图说明可参考结合附图而进行的以下描述来理解本文中所揭示的标的物，附图中相同参 考数字识别相同元件，且附图中图IA到图ID为本文中所述的说明性装置的各种视图；图2A到图2B描绘可使用本文中揭示的穿孔结合结构而实现的减小的间距；图3将本文中揭示的穿孔结合结构描绘为与不同尺寸的焊料球啮合；图4描绘本文中揭示的穿孔结合结构的多种说明性末端配置；且图5A到图5D描绘用于形成本文中揭示的穿孔结合结构的一个说明性工艺流程。尽管本文中所述的标的物容易受到各种修改和替代形式，但其特定实施例已以实 例方式展示于图式中且在本文中得到详细描述。然而应理解，特定实施例在本文中的描述 并不意欲将本专利技术限于所揭示的特定形式，相反，意图为涵盖处于由所附权利要求书界定 的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。具体实施例方式下文描述本专利技术的标的物的说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中并未描 述实际实施的所有特征。当然，应了解，在任何所述实际实施例的开发中，均必须作出众多 实施特定决策以实现开发者的特定目标，例如，遵守将在各实施方案之间变化的系统相关 和商业相关约束。另外，应了解，此开发努力可能为复杂且耗时的，但对于受益于本专利技术的 所属领域的技术人员来说将仍然为例行任务。尽管将图式中所示的各种区域和结构描绘为具有极精确的明确配置和轮廓，但所 属领域的技术人员认识到，实际上，这些区域和结构并不如图式中所指示的一样精确。另 外，与制成的装置上的那些特征或区域的尺寸相比，图式中所描绘的各种特征和掺杂区域 的相对尺寸可能被夸示或缩减。然而，包括附图以描述且解释本文中所揭示的标的物的说 明性实例。图IA到图IB描绘根据本标的物的一个方面的装置10的说明性实施例。装置10 包含附接到介入层或衬底14(例如，印刷电路板)的裸片12。术语“衬底”和“介入层”在 本文中将可互换使用，且应将其理解为指代集成电路裸片可安装到的任何类型的结构。裸 片12包含导电地耦合到导电衬垫17的多个示意性描绘的焊料球16。焊料球16具有归因 于经执行以形成焊料球16的制造工艺而形成于其外表面上的说明性氧化物层20，例如，氧 化锡。在衬底14上形成多个穿孔结合结构22。使穿孔结合结构22导电地耦合到延伸穿过 形成于衬底14中的通孔26的说明性导线迹线或线24。导线路线24导电地耦合到形成于 衬底14上的说明性接触衬垫28。还提供电介质材料层30以使衬底14上的各种电组件电5隔离。在穿孔结合结构22上提供至少一个抗氧化膜23 (参见图1C)。图IA描绘在附接之前裸片12定位于最接近衬底14处的情况。可使用多种已知 技术(例如，粘合剂、环氧树脂等)使裸片12耦合到衬底14。在所描绘的实例中，将一定量 的非导电膏32定位于衬底14上。在一些应用中，可施加非导电膜来代替非导电膏32。图IB描绘在制造时的装置10，其中已借助于在穿孔结合结构22与焊料球16之间 的导电啮合使裸片12导电地耦合到衬底14。穿孔结合结构22将氧化物层20和焊料球16 穿孔以借此建立此导电连接。还请注意，图IB描绘在希望或需要时可用以确保裸片12定 位于距衬底14 一固定距离处的说明性孤立结构(standoff structure) 34。在将裸片12附接到衬底14的过程中，对装置10加热且施加说明性向下力40。 向下力40的量值可视特定应用而变化。在一个说明性实施例中，向下力40可在约2kg到 12kg的范围内。在一些特定应用中，可采用约8kg的向下力40。将装置10加热到焊料球 16的材料的熔点以上的温度，例如，加热到在约190°C到210°C的范围内的温度。视特定应 用而定，可施加向下力40并持续0. 5秒到2秒的持续时间。标题为“在环境气氛中Au与 Pb-Sn 的艮P 时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：在衬底上方形成导电材料层；在所述导电材料层上方形成掩蔽层；在所述掩蔽层处于适当位置的情况下在所述导电材料层上执行第一蚀刻工艺；移除所述掩蔽层；以及在移除所述掩蔽层之后，在所述导电材料层上执行各向同性蚀刻工艺，借此界定位于所述衬底上的多个穿孔结合结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德庆，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US