沉积和构图方法技术

一种通过动电或静电方法，直接地或通过使用中间工具，对衬底以图形施加颗粒的方法。一种通过动电或静电方法，直接地或通过使用中间工具，对电子器件衬底以图形施加例如焊料金属的金属颗粒的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过在衬底上沉积粉末、颗粒、球体或者其它材料制造构图部分的方法。
技术介绍
在各种应用中，希望以预先确定的图形将颗粒施加到衬底。一种这样的应用是在硅晶片上形成焊料合金的图形。适当形成希望的图形需要的精度使常规粉末施加方法不足以胜任。典型的硅晶片衬底可以具有较高密度的连接点，该连接点呈现为例如焊盘或者凸起下金属(UBM)的暴露金属，其直径为例如约100微米且以约250微米的间距间隔。美国专利No.5,817,374公开了一种用于构图粉末的方法，该方法使用多个颗粒、掩膜以及介电接收器。介电接收部分接收吸引颗粒的临时电荷，以使颗粒穿过掩膜并以由掩膜限定的图形粘附到接收器。另外，确保以希望的图形沉积颗粒而无不规则或杂散颗粒分布很重要。许多沉积方法导致所谓的“边缘效应”，即在金属的边缘周围存在过沉积金属颗粒的非均匀带。希望降低沉积期间的边缘效应，以在最终的产品中提供均匀性。混合电子元件衬底允许通过单个衬底实现各种功能，但是它们需要变化的适合分立元件的焊料凸起厚度。利用常规的模版印刷方法制造具有变化的厚度的衬底是繁重的工艺，因为这需要在每次沉积后必须被清洗的专用模板。因此，希望发展一种制造在其上具有可控焊料凸起厚度的衬底的单步骤方法。
技术实现思路
本专利技术的多个方面之一是提供一种在衬底上以图形沉积颗粒的方法和装置。因此，简短地说，本专利技术旨在一种对具有掩蔽表面和未掩蔽表面的衬底施加颗粒图形的方法。该方法包括对所述衬底的至少一些所述掩蔽表面施加静电电荷，以产生电荷保持(charge-holding)掩蔽表面；以及将其上具有所述电荷保持掩蔽表面的所述衬底暴露于在液体介质中的所述颗粒，在所述液体介质中所述颗粒可移动，所述颗粒具有与在所述电荷保持掩蔽表面上的所述电荷极性相同的电学电荷，从而在所述衬底的所述未掩蔽表面上静电沉积所述颗粒。本专利技术的另一方面是一种方法，包括将衬底浸入包括颗粒的动电溶液中，其中所述衬底的未掩蔽部分构成电极；将反电极浸入所述动电溶液中；以及将所述电极和反电极连接到电压源的相反电极，以在所述反电极和所述电极之间建立电学电势，从而在构成所述电极的所述衬底的所述未掩蔽部分上动电沉积所述颗粒。在又一个实施例中，本专利技术提供了一种方法，即通过对包括由导电区和不导电区限定的图形的构图工具表面的不导电区施加静电电荷，以产生带电的构图工具表面，从而对衬底施加颗粒图形；将所述带电的构图工具表面暴露于在介电液体中的颗粒，所述颗粒具有电化学电荷，从而使一些所述颗粒粘附到在所述构图工具表面上的所述导电区，从而产生具有粘附到所述导电区的颗粒的构图工具表面；以及将具有附着到其上的颗粒的所述构图工具表面贴近地暴露于衬底的表面，从而以由在所述构图工具表面上的图形限定的衬底图形，将至少部分所述一些颗粒从所述构图工具表面转移到所述衬底的所述表面。本专利技术还包括一种对衬底施加颗粒图形的方法，包括对包括由导电区和不导电区限定的图形的构图工具表面上的导电区施加电学电势；将所述构图工具表面暴露于在介电液体中的颗粒，所述颗粒具有电化学电荷，从而使一些所述颗粒粘附到被施加所述电学电势的所述构图工具表面上的所述导电区，从而产生具有粘附到所述导电区的颗粒的构图工具表面；以及将具有粘附到其上的颗粒的所述构图工具表面贴近地暴露于衬底的表面，从而以由在所述构图工具表面上的图形限定的衬底图形，将至少部分所述一些颗粒从所述构图工具表面转移到所述衬底的所述表面。本专利技术还旨在在所述衬底为电子器件衬底的情况下，在所述衬底为具有凸起下金属的电子器件的情况下，以及在所述颗粒为焊料金属颗粒的情况下的各上述方法。下文将部分示出并部分说明本专利技术的其它方面和特征。附图说明图1A、1B以及1C是根据本专利技术的方法制备的焊料凸起的显微照片；图2-7是示意图，示出了根据本专利技术对其施加颗粒的衬底的制备；图8-16是示意图，示出了根据本专利技术的基于静电的颗粒沉积；图17是示意图，示出了根据本专利技术的基于动电的颗粒沉积；图18-19是示意图，示出了根据本专利技术的印刷工具的使用；图20是根据本专利技术在衬底上沉积的焊料颗粒的显微照片；以及图21-24是晶片照片，示出了申请人的用于解决边缘效应的方法。具体实施例方式本专利技术包括在衬底上以图形对颗粒的选择性沉积。一种应用是在例如硅晶片衬底的电子器件衬底上的金属互连部分上沉积焊料颗粒，以在衬底互连部分和连接到衬底上的器件之间提供电学互连。这里，在电子器件衬底上的焊料金属颗粒的情况下说明了本专利技术，其中以图形沉积并回流所述颗粒，以产生例如图1所示的中间衬底。本专利技术包括多种颗粒沉积环境。作为焊料金属的颗粒的性质和作为电子器件衬底的衬底的性质对本专利技术的适用性不很关键。在本专利技术的第一个方面中，以静电模式沉积颗粒。在第二个方面中，以动电模式沉积颗粒。沉积的颗粒的尺寸范围从微米大小的粉末到中等大小的颗粒，到直径为几百微米量级至直径为1毫米的球体。基于静电的沉积为概述本专利技术的基于静电的沉积方面，利用电荷保持(charge-holding)掩膜构图衬底。利用电晕放电使电荷保持掩膜带电。将液体调色剂中的带电颗粒转移到衬底上的特定位置。掩膜上的电荷与颗粒上的电荷同号(+/-)。颗粒从具有与颗粒相同的电荷的区域，即掩膜排斥。衬底用作电极，并保持在这样的电势，当与带电掩膜并置时，该电势吸引颗粒。在许多实施例中，该电势构成地电势。以这种方式实现图形限定和对比。关于具体工艺，第一个步骤是制备衬底。在本专利技术的一个应用中，该工艺的目的是得到图1的产品，该产品是在其上具有分立焊料凸起的电子器件衬底。在该实施例中，衬底10是由三个金属化层覆盖的硅晶片衬底。具体地说，如图2中的示意性截面图所示，在硅晶片12上直接沉积铝籽晶层14，然后沉积镍钒层16，以及最后沉积铜层18。Al籽晶层14的厚度约为0.1微米，例如，在约500与约2000埃之间。NiV层16的厚度约为500埃，例如，在约100与约1000埃之间。Cu层18的厚度约为1微米，例如，在约0.5微米与约5微米之间。这是一种示例性的UBM配置，其并非在工业中采用的唯一配置；并且该排列本身对本专利技术不很关键。下一步骤是在衬底上限定掩膜图形，该步骤有助于在特定位置中去除UBM直到底层Al，并保护其它位置的UBM不受该去除作用的影响。为此，用包括感光剂的不导电涂层覆盖衬底10。该涂层选自基于丙烯酸、基于聚酰亚胺、商业可得的基于环氧的PWB焊料掩膜涂层，以及各种商业可得的有机感光光敏聚合物涂层。一种适合的聚合物是从Clariant ofBridgewater，New Jersey可得的，商品名为AZPDP100XT或者基于酚醛(novalac)的AZPLP100可得的厚膜旋涂光敏聚合物。另一种是商品名为Futurrex可得的基于聚苯乙烯的材料。根据接收焊料颗粒的互连部分的尺寸，对于硅晶片的焊料凸起，该涂层的厚度为约1微米与约250微米之间。在例如箱形炉中，对衬底进行软固化。在未完全固化但具有足够的强度以允许小心处理衬底而不损失聚合物的情况下，对衬底上的聚合物进行软固化。然后，为了光固化聚合物，在衬底上方对准固体掩膜。掩膜上的图形允许紫外(UV)光在特定位置穿过掩膜以固化聚合物，并阻挡UV光在其它位置穿过掩膜以防止固化。具体地说，掩膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对具有掩蔽表面和未掩蔽表面的衬底施加颗粒图形的方法，所述方法包括以下步骤：对所述衬底的至少一些所述掩蔽表面施加静电电荷，以产生电荷保持掩蔽表面；以及将其上具有所述电荷保持掩蔽表面的所述衬底暴露于在液体介质中的所述颗粒，在所述液体介质中所述颗粒可移动，所述颗粒具有与在所述电荷保持掩蔽表面上的所述电荷极性相同的电学电荷，从而在所述衬底的所述未掩蔽表面上静电沉积所述颗粒。

【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：BG刘易斯，B辛格，RH德蒂，G米诺格，DC埃伯莱因，K赖利，M马尔齐，
申请(专利权)人：福莱金属公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]