MEMS封装中的倒装芯片凸点技术

摘要

本论文在简短概述了倒装芯片技术和微机电系统(MEMS)的特点和国内外概况后,选定了一套凸点制备的实现方案.通过实验摸索得到了最佳的工艺参数,完成了凸点制备后,并对凸点系统的各种性能进行了研究.首先,介绍了溅射方法实现凸点下合金层(Under Bump Metallurgy-UBM)的制备工艺.在讨论UBM的功能与结构后,选定了一个简单且功能完善的UBM序列.对磁控溅射的原理、设备特征以及靶材规格做了简单介绍.通过实验确定各种UBM金属膜的溅射功率、气压以及沉积速率.结果表明:磁控溅射镀膜中沉积速率是随工作气压的增大而先增大后减小.工作气压存在一个最佳值,当在这个气压下工作时,沉积速率将达到最大.其次,本文介绍了利用甲磺酸锡铅合金镀液制备电镀凸点的工艺过程,详细讨论了影响电镀质量的工艺参数:表面光亮度、分散及覆盖能力、沉积速率等.研究发现,电流密度D<,k>与最低搅拌转速密切相关.在不同的D<,k>和沉积时间下,镀液的分散能力较为稳定,合金的沉积速率也较为适当.此外,在甲磺酸浓度、D<,k>一定的条件下,适当地提高搅拌转速有利于改善凸点的电镀质量.在回流后发现:氧化物是影响回流后凸点表面光洁度和外形的主要障碍.在助焊剂保护的情况下,不仅可以阻挡氧气的侵入,而且还能去除氧化物,因而凸点能回流成光亮的球形.对电镀凸点的剪切强度测试表明,电镀缺陷产生的微孔洞将会显著降低凸点的剪切强度.

目录

文摘

英文文摘

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1概述

1.1MEMS介绍

1.1.1 MEMS的定义

1.1.2 MEMS器件的制备工艺

1.1.3 MEMS器件的封装特点

1.2倒装芯片技术简介

1.2.1倒装芯片技术工艺步骤

1.2.2倒装芯片技术的特点

1.3国内外研究概况

1.3.1凸点制备技术

1.3.2倒装芯片技术在MEMS中的应用实例

1.4研究目的和内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

2实验

2.1工艺选择及过程

2.1.1UBM的功能及组成

2.1.2 UBM的制备方式

2.2 UBM溅射

2.2.1溅射实验设备原理

2.2.2溅射设备介绍

2.2.3溅射工艺过程

2.2.4沉积速率测量

2.3电镀凸点的制备

2.3.1电镀凸点的制备工艺过程

2.3.2电镀装置

2.3.3光刻胶涂覆、曝光及显影

2.3.4电镀厚Cu膜

2.3.5电镀锡铅合金

2.3.6刻蚀

2.3.7回流

2.4凸点的性能测试

2.4.1剪切实验

2.4.2键合后剪切断口分析

2.4.3电阻测试

3结果与讨论

3.1UBM金属膜溅射

3.1.1溅射功率确定

3.1.2气压对沉积速率的影响

3.1.3UBM制备

3.2电镀锡铅质量研究

3.2.1甲磺酸工艺论证

3.2.2镀层表面光亮度

3.2.3镀液分布能力及合金沉积速率

3.2.4镀液的覆盖能力

3.2.5电镀凸点成分分析

3.3凸点回流后外形研究

3.3.1回流工艺对凸点外形的影响

3.3.2凸点外形均匀度测量

3.4电镀凸点性能研究

3.4.1回流后剪切性能

3.4.2倒装焊键合后剪切断口分析

3.4.3凸点连接电阻测试

4结论与展望

4.1结论

4.2展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ攻读硕士学位期间发表的论文目录