前言
要確保采用網(wǎng)板印刷的晶圓凸起工藝優(yōu)良率達(dá)到理想的水準(zhǔn)，必須考慮多項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)因素。
網(wǎng)板印刷
采用標(biāo)準(zhǔn)表面安裝設(shè)備的網(wǎng)板印刷技術(shù)，是在簡(jiǎn)單和成熟的工藝環(huán)境中粘貼晶圓凸起焊墊的高成本效益方案。采用這種方法時(shí)，不同的應(yīng)用需要不同的定制設(shè)計(jì)指引，并依從特定的設(shè)備、材料和工藝指令，才可建立起穩(wěn)固、高良率的晶圓凸起印刷和回流焊程序。
影響優(yōu)良率的參數(shù)
盡管網(wǎng)板印刷很簡(jiǎn)單直接，但許多變量會(huì)嚴(yán)重地影響采用這種凸起方法之晶圓的質(zhì)量或良率，通常用已知好裸片數(shù)值(KGD)來評(píng)價(jià)一項(xiàng)晶圓凸起工藝的性能．應(yīng)當(dāng)深入了解并高度重視影響這項(xiàng)工藝的眾多設(shè)計(jì)方面，制訂有效而可靠的設(shè)計(jì)策略以獲得卓越的成果。
倒裝芯片粘結(jié)墊設(shè)計(jì)
倒裝芯片勝過線粘結(jié)、面朝上的板上芯片器件的優(yōu)勢(shì)之一在于，由于導(dǎo)電焊墊可置放于裸片有效面的任何一處，因此可以在更小的集成電路面積上增加I/O數(shù)量。不過，網(wǎng)板印刷凸起卻可能是最受裸片的焊墊布局所限制和阻礙的印刷方式。焊墊的尺寸、形狀和間距必須小心設(shè)計(jì)，從而在實(shí)際的情況下達(dá)到所需的焊膏凸起尺寸；另外，還須考慮一般稱為凸起底部金屬的焊墊粘結(jié)表面組合。在回流焊過程中，UBM對(duì)網(wǎng)板印刷的焊球的成形有顯著的影響，而且最終更會(huì)影響已裝配倒裝芯片的強(qiáng)度、可靠性和性能。
焊墊尺寸和形狀
芯片上焊墊的大小，對(duì)網(wǎng)板印刷產(chǎn)生指定的回流焊凸起尺寸所需的焊膏量有著直接影響，要維持指定的凸起高度，芯片上較大的焊墊需要較多焊膏：較小焊墊需要的焊膏則較少。假如焊墊太小，支持較大量的焊膏的焊接面積也較小，凸起及焊點(diǎn)強(qiáng)度受到重要影響，而好處只是間隙距離略微增加。芯片墊的可濕潤(rùn)焊接面積的形狀也會(huì)影響焊膏的凸起尺寸。這個(gè)形狀不一定與焊墊的幾何尺寸有關(guān)，而主要由焊墊上的鈍化開孔所決定(見圖1)。
圖一：焊墊的鈍化膜開孔決定了焊膏
突起的可潤(rùn)濕粘結(jié)面積的尺寸和幾何。
圖1實(shí)際粘結(jié)點(diǎn)的形狀為八角形，焊墊則為正方形，這個(gè)形狀由鈍化窗口限定，以減低應(yīng)力集中于焊球基底的各個(gè)角海，這些應(yīng)力點(diǎn)有可能減弱粘結(jié)強(qiáng)度，并影響焊點(diǎn)的可靠性。要減少這種情況，圓形的鈍化開孔最為理想。但是，有些晶圓生產(chǎn)系統(tǒng)在制造與尖角相反的圓角方面存在問題。
一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)則是把焊墊粘結(jié)點(diǎn)的尺寸保持在最大不超過間距的一半，最小不小于65um(注一)。要計(jì)算回流焊凸起的尺寸隨焊墊大小和幾何的變化關(guān)系，可采用以下的方程式。這個(gè)方程式模擬了回流焊凸起，以平切的幾何球體表示，可作為網(wǎng)板設(shè)計(jì)工具，有助于決定合適的網(wǎng)板穿孔大小，以涂敷所需的焊膏量。
焊膏凸起體積：{1／2(焊墊面積)x(凸起高度)}+{1／6π(凸起高度)3}
焊墊間距及位置
網(wǎng)板印刷能否在晶圓上生成大的焊膏凸起主要取決于焊墊的配置及密度。我們建議焊墊的排列間距越寬越好，這樣，在設(shè)計(jì)有關(guān)穿孔的形狀和位置時(shí)就擁有更大的靈活性，從而使生產(chǎn)量達(dá)到最大。高密度布局也可以更有效地設(shè)計(jì)至可以進(jìn)行較大型焊膏涂敷的網(wǎng)板印刷，只需把相鄰的焊墊交錯(cuò)排開。設(shè)計(jì)多列式焊墊配置的網(wǎng)板更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榫W(wǎng)板的金屬箔面會(huì)堆滿穿孔，變得非常復(fù)雜。目前先進(jìn)的精密間距網(wǎng)板印刷技術(shù)似乎停留于6mil的臨界，但這些界限正不斷受到挑戰(zhàn)。雖然可以在較小間距的條件下進(jìn)行印刷，但在無瑕疵情況下能涂敷的焊膏量是非常有限的，足以讓業(yè)界掀起對(duì)凸起尺寸，及間隙、底部充填能力、焊點(diǎn)強(qiáng)度及整體可靠性等問題的關(guān)注。
在焊墊的位置方面，一般來說，每個(gè)裸片上角落焊墊是晶圓上最難以達(dá)到一致而無瑕疵印刷焊膏量的位置。采用非標(biāo)準(zhǔn)穿孔形狀在這里是必要的，因?yàn)楦呙芏却┛卓赡苷加昧舜罅烤W(wǎng)板面積，而形狀獨(dú)特的穿孔使涂敷時(shí)很難預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)移效率的高低， 因此裸片上凸起的高度分布未必令人稱心滿意。只有把晶圓上的所有角墊全部消除，這個(gè)潛在問題才可避免，讓網(wǎng)板穿孔的設(shè)計(jì)更有彈性。
凸起底部金屬
在回流焊時(shí)，要令已印刷的涂敷焊膏正確地黏著于晶圓焊墊上，焊墊冶金必須與焊膏合金粘結(jié)。大部分裸片焊墊均由鋁制成，與低共熔S n／Pb焊膏的粘結(jié)并不很好，因此需要一層填隙式的材料，能夠粘結(jié)鋁及低共熔Sn／Pb焊膏，覆蓋于鋁墊的表面。在復(fù)上了保護(hù)性鈍化膜后加入這個(gè)凸起底部金屬層，可用的凸起底部金屬層和涂敷技術(shù)有多種選擇，由于凸起底部金屬涂敷工藝的成本高，所以業(yè)界爭(zhēng)相找尋具經(jīng)濟(jì)效益的材料和工藝方式。在這種情況下，有關(guān)凸起底部金屬的信息都是專有的，公眾難以接觸。其中一種證實(shí)可靠和低成本的凸起底部金屬方法需要以無電電鍍方式，用鎳鍍上鋁墊，然后浸入黃金中。在這個(gè)工藝中，只有沒有經(jīng)過鈍化的金屬特性部分(即鋁粘結(jié)墊)才會(huì)被鎳／金凸起底部金屬層覆蓋。要維持良好的濕潤(rùn)特點(diǎn)，這個(gè)凸起底部金屬必須盡可能清潔和無氧化。最好能把晶圓存放于氮?dú)庹{(diào)節(jié)絕緣存儲(chǔ)柜內(nèi)，以阻止不良氧化殘余物的形成。
托盤設(shè)計(jì)
由于晶圓是非常精細(xì)的物件，故運(yùn)送方式是一個(gè)關(guān)鍵事項(xiàng)。在網(wǎng)板印刷時(shí)，應(yīng)采用海邊都較晶圓大1.5英寸的塑料或金屬托盤來承載晶圓，托盤較大便可以讓轉(zhuǎn)印頭有足夠大的表面來涂敷及轉(zhuǎn)動(dòng)焊膏，使得焊膏完全滲入穿孔。
設(shè)計(jì)適當(dāng)托盤的另一重要因素是用來穩(wěn)住晶圓的凹口，這個(gè)凹口的深度必須能讓晶圓的上表面與托盤四周形成一個(gè)平面。晶圓凸起的托盤的圖形見圖2所示。
圖二：晶圓凸起托盤，晶圓下面的真空信道有助于將晶圓牢牢地固定在托盤之上。
網(wǎng)板設(shè)計(jì)
網(wǎng)板可說是最重要的工具，必須正確設(shè)計(jì)才可達(dá)到高優(yōu)良率的凸起佳績(jī)。網(wǎng)板的作用是把焊膏分為一份一份精心計(jì)算的數(shù)量，分置于晶圓上的冶金粘結(jié)點(diǎn)。要成功創(chuàng)造出能達(dá)到無瑕疵結(jié)果的網(wǎng)板穿孔設(shè)計(jì)，而且高回流焊凸起緊密分布，特別是多行裸片墊排列的間距低于l0um并非易事。影響晶圓凸起的網(wǎng)板切割技術(shù)的項(xiàng)目包括網(wǎng)板厚度、穿孔大小、形狀、定向和位置， 以及影像對(duì)齊。
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