本发明专利技术提供一种基于电润湿原理提升导电焊料焊接电子封装强度的方法，包括：制作出衬底基板，所述衬底基板上具有焊点结构和导电电极；进行电润湿处理，将所述衬底基板加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；在所述衬底基板的导电电极上施加电压，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力，从而增大所述焊点结构与所述衬底基板的接触面积。相较于现有技术，本发明专利技术技术方案中利用电润湿原理，可以增大焊点结构的接触面积，相应提高焊点结构的焊接强度，提升半导体器件的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及。
技术介绍
近年来，随着微电子技术的不断进步，集成电路制造产业得到迅猛发展。而电子封装是微电子器件制造过程中的重要步骤之一，始终伴随着微电子行业的推进而不断前行。当器件芯片性能达到一定的水平后，电子封装成为提高器件电性能和可靠性的关键因素，成为微电子器件制造业中与电路设计、芯片制造并重的重要部分。随着电子产品不断向小型化、便携化和多功能化方向发展，电子封装也日益趋向于高密度、高精度、细间距和微尺度。为了满足电子封装的发展需求，封装中运用的、作为连 接和导电桥梁的互连焊点的尺寸也随之在不断减小，焊点数目却在不断增加。而焊点尺寸的减小直接导致焊接强度也随之降低，从而带来一系列可靠性问题。从1947年世界第一个晶体管问世时，金属玻璃外壳仅有的三根引线，到现如今，芯片动辄数百针甚至数千针的管脚，今天的电子封装不但要提供芯片保护，还要在成本允许的基础上，满足市场对高可靠性的迫切需求。研究表明，在电子封装与组装的失效中，焊点的失效是主要原因。随着集成电路技术在汽车、航天、通讯领域中的广泛运用，越来越多的芯片需要工作在恶劣环境中，焊点可靠性的问题受到了人们越来越多的关注，例如新加坡南洋理工大学的研究人员John H. L. Pang等人曾在“Thermal cycling analysisof flip-chip solder jointreliability，，(IEEE transactions on components andpackaging technologies, vol. 24, pp. 705-712, Dec. 2001)里提出了用有限元建模仿真的方法来进行焊点的热循环分析及预测疲劳寿命，以进行可靠性的研究。而焊点的焊接强度直接关系到可靠性，研究人员也对提升焊点剪切强度做了很多研究，一种常用的方法就是对焊点材料的成分进行改变，如台湾国立大学的Hsiu-Jen Lin等人研究发现在Sn-Ag-Cu焊料中掺杂稀土元素并添加少量的Zn可以改善焊点的物理机械特性及可靠性(Hsiu-Jen Lin et. al. , “Interfacial microstructure and bonding strengthof Sn-3Ag-0. 5Cuand Sn-3Ag-0. 5Cu-0. 5Ce-xZn solder BGA packages with immersionAg surface finish，，，Microelectronics Reliability, vol. 51, pp. 445-452，February2011.)。通过添加稀土元素而改变焊点材料成分虽是一种增强焊点焊接强度的可行方案，然而，在实际应用上有很多局限，更多的是停留在理论的层面上。因此，如何设计制造一种在不需改变焊料或者基本工艺的基础上，就可以大大提升焊接强度的方法成为了电子封装中的一大难点，也恰恰是本专利技术所要解决的关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有封装技术中由于焊点尺寸较小而导致焊点焊接强度降低、可靠性下降等问题。本专利技术提供一种，包括制作出衬底基板，所述衬底基板上具有焊点结构和导电电极；进行电润湿处理，将所述衬底基板加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；在所述衬底基板的导电电极上施加电压，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力，增大所述焊点结构与所述衬底基板的接触面积。可选地，所述衬底基板还包括介质层；在所述介质层不被击穿的前提下，随着施加的电压的增大，所述焊点结构的焊接强度随之增大。可选地,所述介质层的材料为氮化娃或氧化娃,其厚度为Ium至5um。可选地，所述焊点结构的焊料为低熔点焊料，其熔点范围为100°C至300°C。 可选地，所述焊点结构为应用于单基板的单个或多个焊球，所述焊球用助焊剂粘附在所述衬底基板上；所述衬底基板的制作包括提供衬底；若所述衬底为硅片，则将所述硅片衬底作为下电极；若所述衬底为非硅片，则在所述非硅衬底上形成金属层，图形化所述金属层形成下电极；在所述硅片衬底或形成有金属层的所述非硅衬底上形成介质层；在所述硅片衬底上将电信号引出；或者在所述非硅衬底的介质层上形成引线窗口图形，以引出电信号；在所述衬底的介质层上形成金属层，图形化所述金属层，形成信号线及上电极；所述电润湿处理包括将粘附有焊球的所述衬底基板置于回流炉中，通氮气，加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；对所述衬底基板的下电极和上电极施加电压，保持一加压时间，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力。可选地，形成所述金属层的方法为蒸发工艺或者溅射工艺，所述金属层为500 A/2000 A至 500 A/3000 A厚度的 Ti/Au 或 Cr/Au。可选地，所述焊点结构为应用于倒装焊结构中的单个或者多个焊球；所述衬底基板的制作包括提供第一衬底；若所述第一衬底为硅片，则将所述硅片衬底作为第一电极；若所述第一衬底为非硅片，则在所述非硅衬底上形成第一金属层，图形化所述第一金属层形成第一电极；提供第二衬底；若所述第二衬底为硅片，则将所述硅片衬底作为第二电极；若所述第二衬底为非硅片，则在所述非硅衬底上形成第二金属层，图形化所述第二金属层形成第二电极；在所述第一衬底上形成第一介质层，在所述第二衬底上形成第二介质层；将所述第一衬底与所述第二衬底以介质层相对的方式对向放置，所述焊球位于所述第一衬底和所述第二衬底之间，构成倒装焊结构；所述电润湿处理包括将所述倒装焊结构置于回流炉中，通氮气，加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；对所述第一衬底的第一电极和所述第二衬底的第二电极施加电压，保持一加压时间，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力。可选地，所述焊点结构为应用于密闭式封装的单个或者多个焊焊环；所述衬底基板的制作包括提供第一衬底；若所述第一衬底为娃片，则将所述娃片衬底作为第一电极；若所述第一衬底为非硅片，则在所述非硅衬底上形成第一金属层，图形化所述第一金属层形成第一电极；在所述第一衬底上形成第一介质层；提供第二衬底；若所述第二衬底为硅片，则将所述硅片衬底作为第二电极；若所述第二衬底为非硅片，则在所述非硅衬底上形成第二金属层，图形化所述第二金属层形成第二电极；在所述第二衬底上形成焊环；将所述第二衬底的焊环面朝下放置于已形成有介质层的第一衬底上，形成密闭式封装；所述电润湿处理包括将所述密闭式封装置于回流炉中，在真空环境下，加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；对所述第一衬底的第一电极和所述第二衬底的第二电极施加电压，保持一加压时间，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力。可选地，形成焊环的方法为电镀工艺，包括在所述第二衬底上形成种子层；利用光刻胶进行光刻，形成用于电镀的图形掩膜；进行电镀；电镀完成后将光刻胶、种子层去除，形成焊环结构。可选地，所述电压的范围为80V至150V，加压时间为15分钟至30分钟。本专利技术提供的具有以下优点 (I)、与传统的靠改变焊点材料的成分或者工艺参数的等繁琐的方法来提升焊点强度及可靠性相比，方便简单；(2)、在施加电压过程中没有电流产生，功耗很低；(3)、用本专利技术的方法提升效果显著，特别的，在保证介质层不击穿的情况下，所施加本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电润湿原理提升导电焊料焊接电子封装强度的方法，其特征在于，包括：制作出衬底基板，所述衬底基板上具有焊点结构和导电电极；进行电润湿处理，将所述衬底基板加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；在所述衬底基板的导电电极上施加电压，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力，增大所述焊点结构与所述衬底基板的接触面积。
【技术特征摘要】
1.一种基于电润湿原理提升导电焊料焊接电子封装强度的方法，其特征在于，包括 制作出衬底基板，所述衬底基板上具有焊点结构和导电电极； 进行电润湿处理，将所述衬底基板加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；在所述衬底基板的导电电极上施加电压，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力，增大所述焊点结构与所述衬底基板的接触面积。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述衬底基板还包括介质层；在所述介质层不被击穿的前提下，随着施加的电压的增大，所述焊点结构的焊接强度随之增大。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述介质层的材料为氮化硅或氧化硅，其厚度为Ium至5um。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述焊点结构的焊料为低熔点焊料，其熔点范围为100°C至300°C。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊点结构为应用于单基板的单个或多个焊球，所述焊球用助焊剂粘附在所述衬底基板上； 所述衬底基板的制作包括 提供衬底；若所述衬底为娃片，则将所述娃片衬底作为下电极；若所述衬底为非娃片，则在所述非硅衬底上形成金属层，图形化所述金属层形成下电极； 在所述硅片衬底或形成有金属层的所述非硅衬底上形成介质层； 在所述硅片衬底上将电信号引出；或者在所述非硅衬底的介质层上形成引线窗口图形，以引出电信号； 在所述衬底的介质层上形成金属层，图形化所述金属层，形成信号线及上电极； 所述电润湿处理包括 将粘附有焊球的所述衬底基板置于回流炉中，通氮气，加热至焊料的熔点以上，使得所述焊料呈熔融状态；对所述衬底基板的下电极和上电极施加电压，保持一加压时间，利用电润湿效应，减小所述焊料的表面张力。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成所述金属层的方法为蒸发工艺或者溅射工艺，所述金属层为500 A/2000 A至500 A/3000 A厚度的Ti/Au或Cr/Au。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊点结构为应用于倒装焊结构中的单个或者多个焊球； 所述衬底基板的制作包括 提供第一衬底；若所述第一衬底为硅片，则将所述硅片衬底作为第一电极；若所述第一衬底...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昕欣，程融，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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