晶圓級wlp微球植球機(jī)晶圓上凸點(diǎn)制作技術(shù)研究

晶圓級wlp微球植球機(jī)晶圓上凸點(diǎn)制作技術(shù)研究

0晶圓級封裝微球基于bga技術(shù)的晶圓密封將100納米的焊接錫球放置在刻好的電路上。這是一種改進(jìn)和改進(jìn)的csp。WLP封裝具有較小封裝尺寸與較佳電性表現(xiàn)的優(yōu)勢,目前多應(yīng)用于輕薄短小的消費(fèi)性IC的封裝應(yīng)用微球植球機(jī)是晶圓級封裝工藝中的必備核心設(shè)備之一。在WLP工藝中,晶圓上凸點(diǎn)(Bump)的制作是關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù),國內(nèi)中電科技24所1csp/csp法晶圓級封裝,是屬于芯片尺寸封裝(CSP)的一種。所謂芯片尺寸封裝是當(dāng)芯片(Die)封裝完畢后,其所占的面積小于芯片面積的120%2晶圓級植球機(jī)工作過程晶圓級封裝采用凸點(diǎn)技術(shù)(Bumping)作為其I/O電極,晶圓上形成凸點(diǎn)有三種方式:電鍍方式、印刷錫膏方式和植球方式,三種方式的比較如表1所示鑒于電鍍方式和印刷錫膏方式的缺點(diǎn),業(yè)界一直在尋找替代解決方案,晶圓級植球技術(shù)的突破恰好滿足了這一需求,并且隨著多層堆疊技術(shù)(MCM)的發(fā)展,要求晶圓與晶圓間具有高精度的多引腳的100um級的互聯(lián),晶圓級植球技術(shù)可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)。下面分析晶圓級微球植球機(jī)工作過程:1)上料機(jī)械手對晶圓盒(Cassette)中的晶圓進(jìn)行檢測(Mapping);2)將晶圓取出放置到晶圓預(yù)對位裝置(Aligner)上進(jìn)行對位;3)然后機(jī)械手將晶圓放置于X-Y-Z-θ植球平臺上;4)利用超精密金屬模板印刷技術(shù)將助焊劑(Flux)涂敷在晶圓的焊盤上;5)利用金屬模板植球技術(shù)手動(dòng)或自動(dòng)將焊錫球放置于晶圓上;6)最后將植球后的晶圓收回晶圓盒。通過對植球過程的工藝分析,確定關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn),形成了如下創(chuàng)新點(diǎn)。2.1旋轉(zhuǎn)矩陣的建立植球平臺是植球機(jī)的核心單元,搬運(yùn)平臺可實(shí)現(xiàn)X,Y,Z,θ四個(gè)方向如圖2所示,誤差域內(nèi)任意一點(diǎn)理論位置和實(shí)際位置分別為p由于印刷時(shí)金屬模板和植球平臺上的晶圓為線性貼合關(guān)系,金屬模板的受刮刀向下壓力變形可以抵消植球平臺Z向誤差,因此可以簡化為旋轉(zhuǎn)矩陣為:得:定位誤差δ為:由于焊錫球在回流焊接過程中會自動(dòng)對準(zhǔn),即使焊錫球與焊盤的貼裝偏差達(dá)焊錫球球徑D的50%時(shí)也能很好地自動(dòng)校準(zhǔn),因此定位誤差δ需滿足通過以上分析,根據(jù)誤差要求合理選擇各個(gè)方向定位機(jī)構(gòu)所需的精度等級。2.2金屬模板印刷分析印刷部和植球部都需要使用金屬模板,金屬模板的主要功能是印刷時(shí)將助焊劑(Flux)準(zhǔn)確的涂敷在晶圓的焊盤上和植球時(shí)焊錫球通過模板網(wǎng)孔落入晶圓焊盤上,植球和印刷過程類似,其中印刷部分的精度要求高于植球,植球有人工手動(dòng)植球和自動(dòng)植球,下面主要分析金屬模板印刷。印刷機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示,印刷機(jī)構(gòu)對刮刀的控制機(jī)能包括壓力、印刷速度、下壓深度、印刷距離、刮刀提升等假設(shè)金屬模板遵守胡克定律,如圖4刮刀壓入金屬模板的壓入深度和接觸半徑關(guān)系為壓力分布的表達(dá)式為:應(yīng)力在接觸區(qū)域的中心有一個(gè)對數(shù)奇點(diǎn),總力為:由上述分析可知,金屬模板彈性變形力在印刷過程中可認(rèn)為不變,忽略助焊劑的粘力的變化,為獲得合適的印刷壓力,需調(diào)整刮刀壓力,即對氣缸工作壓強(qiáng)P反復(fù)調(diào)整,選擇合適的工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)精確的助焊劑印刷量控制。結(jié)合植球平臺和圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)晶圓的高精度傳送和定位,最終實(shí)現(xiàn)微米級的印刷和植球精度。3wlp植球?qū)嶒?yàn)本次植球?qū)嶒?yàn)在自主研制的半自動(dòng)晶圓級微球植球機(jī)進(jìn)行,如圖5所示。實(shí)驗(yàn)晶圓尺寸12inch,焊錫球直徑250um。3.1印刷、植球?qū)Ρ葴y試印刷:根據(jù)刮刀長度在金屬模板印刷初始位置涂抹適量助焊劑,調(diào)整刮刀氣缸壓強(qiáng),設(shè)定為0.12MPa。CCD相機(jī)對Table上晶圓和金屬模板光學(xué)定位點(diǎn)(Mark點(diǎn))進(jìn)行對中,然后執(zhí)行印刷,如圖6所示。植球:植球定位與印刷定位一樣,由于本次實(shí)驗(yàn)的12inch晶圓一次植球量多,為節(jié)省焊錫球,在晶圓上取五塊具有代表性的區(qū)域,使用塑料刮板刮球,使焊錫球通過金屬模板網(wǎng)孔落入對應(yīng)晶圓上的膠點(diǎn),如圖7所示。參數(shù)調(diào)整:在三次元影像測量儀上觀察印刷和植球效果,如圖8所示。然后進(jìn)行晶圓與金屬模板的X,Y,θ方向的精細(xì)調(diào)整,反復(fù)對設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,直到得到滿意的印刷和植球效果。3.2終設(shè)備的印刷和植球效果經(jīng)過多次印刷和植球?qū)嶒?yàn),對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,最終設(shè)備的印刷和植球效果如圖9、圖10所示,兩圖分別為在三次元影像測量儀上觀察到的晶圓單個(gè)裸片Die的印刷膠點(diǎn)和焊錫球圖,誤差在1/2焊錫球球徑范圍內(nèi)。4高精度植球機(jī)測試結(jié)果晶圓級封裝植球裝備是高端IC封裝的關(guān)鍵設(shè)備之一,封裝工藝和關(guān)鍵技術(shù)的研究對于設(shè)備的研制十分必要。大行程、高精度植球平臺是基礎(chǔ)工作單元,完成晶圓的傳送和