专利名称：一种倒装芯片方法
技术领域：
本发明涉及一种倒装芯片(flip chip)方法，更具体地涉及利用通过喷墨打印技术印刷的焊料墨，将半导体芯片上形成的金凸点(bump)附着到基板焊盘(pad)上的倒装芯片方法。
背景技术：
将芯片固定或物理连接到基板上称为键合(bonding)，并且存在几种键合的方法，例如芯片键合、引线键合和倒装芯片键合，等等。这里，倒装芯片键合是在芯片的连接焊盘上形成凸点并直接连接到PCB基板的工艺。由于它不需要事先连接过程，并且是简单和适合的工艺，同时在集成度和性能方面具有优异的效果，因此它在朝向更小器件发展的电子产品方面引起了很大关注。
今天，倒装芯片方法具有多种用途，包括互联网主干交换。使用倒装芯片方法能提高交换系统的电性能和热性能，并且不但能使净引线长度(netwiring length)最小，而且还能使基板和其整个系统最小。倒装芯片方法目前用于计算机和移动电话中，以便满足包括大小、重量和引线宽度最小化的需求。
传统倒装芯片方法的例子，如图1到3所示，包括使用焊料凸点的方法，重新排列焊料凸点的方法，以及使用金凸点和粘合剂的方法。
图1是表示使用焊料凸点13的传统倒装芯片方法的剖视图，其中焊料凸点13在与基板焊盘19接触时熔化，以将半导体芯片11连接到基板焊盘19上。在形成在基板17上的一部分基板焊盘19上涂覆焊膏15，用于粘附到焊料凸点13上。焊膏15是使用金属掩模通过丝网印刷技术涂覆在基板焊盘19上。而且，在基板焊盘19之间形成阻焊剂21，用于防止由于熔融焊料凸点13的流动造成基板焊盘之间短路。
但是，最近随着半导体芯片集成度增大和尺寸减小的趋势一直持续，不但芯片焊盘电连接到基板焊盘的数量增多，而且芯片焊盘的间距也在减小，由此基板焊盘的大小和间距(间隙)也变得微小。因此，将焊膏印刷到基板焊盘19上的金属掩模的孔也变得微小，这阻碍了焊膏通过金属掩模的孔排出。并且，由于阻焊剂21也必须在设计基板时考虑，因此在设计具有微小间距的基板焊盘时要受到限制。
图2是表示重新排列焊料凸点13以解决上述问题的传统倒装芯片方法的示意图。如图2所示，这种方法通过从半导体芯片的原始芯片焊盘25再次连接图案27而重新排列焊盘，并且接着在其顶部形成焊料凸点13。但是，这种方法产生的问题是增加了加工时间和加工成本。
图3是表示使用金凸点14和粘合剂23的传统倒装芯片方法的剖视图。如图3所示，金凸点14形成在半导体芯片11上，与基板焊盘19对应。粘合剂涂覆在基板17的表面，例如各向异性导电膜(ACF)或不导电膏(NCP)。金凸点14通过热压结合在基板焊盘19上。
因此，在使用金凸点和粘合剂的传统倒装芯片方法中，高成本的粘合剂，诸如各向异性导电膜(ACF)或不导电膏(NCP)，以及通过倒装芯片键合机使用诸如热压的键合方法，将导致加工时间长和加工成本高。
发明内容
为解决上述问题提出本发明，因此本发明的一个目的是提供一种倒装芯片方法，该方法不但能够降低加工成本和减少加工时间，而且还能够将具有微小间距的半导体芯片装到基板上。
本发明的另一个目的是提供一种倒装芯片方法，该方法能够通过去除形成阻焊剂的需求而减小基板焊盘之间的间距。
为了达到上述目的，本发明通过下面的实施方式实现。
根据本发明一种实施方式的倒装芯片方法包括在半导体芯片上形成金凸点，利用喷墨打印技术将焊料墨印刷在基板的第一焊盘上，将半导体芯片装到基板上以使金凸点和第一焊盘接触，以及回流焊该基板。
本发明的倒装芯片方法还可以包括通过丝网印刷技术将焊膏印刷在基板的第二焊盘上，并将普通元件装在第二焊盘上。而且，根据本发明一种实施方式的倒装芯片方法还可以包括底部填充(underfilling)。
优选地，金凸点是通过镀(plating)形成的，并使用芯片安装机将半导体芯片和普通元件装在基板上，从而提高加工速度。
图1是表示使用焊料凸点的传统倒装芯片方法的剖视图；图2是表示使用焊料凸点重新排列的传统倒装芯片方法的示意图；图3是表示使用金凸点和粘合剂的传统倒装芯片方法的剖视图；图4是表示根据本发明一种实施方式的倒装芯片方法的流程图；图5a是表示在半导体芯片上形成金凸点的剖视图；图5b是表示在半导体芯片上形成金凸点的平面图；图6是表示涂覆有焊膏的第二焊盘的平面图，上面使用金属掩模通过丝网印刷技术安装普通元件；图7是表示利用喷墨打印技术印刷有焊料墨的基板第一焊盘的平面图；图8是表示通过喷墨打印技术在基板的第一焊盘上形成焊料墨的剖视图；图9是表示使用芯片安装机安装半导体芯片和普通元件的示意图；图10是表示当焊料墨熔化时金凸点和基板的第一焊盘结合的剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图更加详细地描述本发明的实施方式。
图4是表示根据本发明一种实施方式的倒装芯片方法的流程图。如图4所示，本发明的倒装芯片方法包括在半导体芯片上形成金凸点(S11)，通过丝网印刷技术将焊膏印刷在基板的第二焊盘上(S13)，利用喷墨打印技术将焊料墨印刷在基板的第一焊盘上(S15)，安装半导体芯片和普通元件(S17)，回流焊(S19)，以及底部填充(S21)。
图5a和5b是表示在半导体芯片31上形成金凸点33(S11)的剖视图和平面图。金(Au)的优点在于是一种柔性金属以及电的良导体，并具有优异的热可靠性和外观。金凸点33是通过镀形成在半导体芯片31上。金凸点33的宽度和高度以及金凸点33之间的间距可以根据基板的焊盘(未图示)而改变。当半导体芯片31装在基板上时，金凸点33通过印刷在第一焊盘上的焊料墨与第一焊盘结合。
图6是表示使用金属掩模48在基板43的第二焊盘39’上涂覆焊膏37(S13)的平面图。如图6所示，在基板43上形成第一焊盘39和第二焊盘39’，第一焊盘39具有微小间距并且上面装有半导体芯片，第二焊盘39’具有较大间距并且上面装有普通元件(电阻、电容、电感、OP放大器，等等)。由于与第一焊盘39相比，第二焊盘39’的焊盘尺寸和焊盘间距(间隙)较大，因此对于第二焊盘39’来说，焊膏可以更好地排出，从而使用金属掩模48可以容易地将焊膏37涂覆在第二焊盘39’上。金属掩模48上形成与第二焊盘39’形状相同的多个孔48a。在第二焊盘39’之间涂覆阻焊剂41(图中表示为灰色)。
图7是表示利用喷墨打印技术将焊料墨印刷在基板43的第一焊盘39上(S15)的平面图，图8是表示通过喷墨打印技术在基板43的第一焊盘39上形成焊料墨的剖视图。
如图7所示，由于上面安装有半导体芯片(未图示)的第一焊盘39具有微小间距，因此难以如上所述利用焊膏和金属掩模使用丝网印刷技术。由此使用喷墨打印机，它不但能打印微小图案，而且能缩短操作时间，从而将焊料墨印刷在第一焊盘39上。如图8所示，印刷的焊料墨35的厚度小于金凸点33的厚度。焊料墨35的厚度可以根据金凸点33的大小和间距而改变。
在基板43的第一焊盘39部分上未涂覆阻焊剂41。这是由于，如同传统焊料凸点一样，附着在第一焊盘39上的金凸点33不会熔化和流向其它焊盘。而且，焊料墨35也不会流向其它焊盘，因为它印刷得很薄。这样，利用根据本发明一种实施方式的第一焊盘39，焊盘之间的间隙可以做得微小，因为不需要阻焊剂。并且，也可以安装具有微小间距的半导体芯片。
焊料墨35是一种含有金属纳米颗粒的微小液滴形式的墨。焊料墨35中所含的金属包括锡(Sn)63％(重量百分数)和铅(Pb)37％(重量百分数)。为增大铅的导电性可以包括银，因此可以使用锡(Sn)62％(重量百分数)、铅(Pb)36％(重量百分数)和银(Ag)2％(重量百分数)。而且，由于铅对人体有毒，可以不用，可以使用含有锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)的无铅焊料墨35。焊料墨35在回流焊(S19)过程中熔化，并且在金凸点33和第一焊盘39之间形成金属间化合物(IMC)。由于金属间化合物是非常稳定的材料，因此在附着力方面具有高的可靠性。此外，由于焊料墨35在现有技术中作为粘合剂(NCP、ACF)，因此本发明的倒装芯片方法不需要昂贵的粘合剂，从而可以降低加工成本。
图9是表示使用芯片安装机47安装半导体芯片31和普通元件45(S17)的示意图。
如图9所示，芯片安装机47将半导体芯片31安装在第一焊盘39上，将诸如电阻、电容、电感、OP放大器等的普通元件45安装在第二焊盘39’上。由于半导体芯片31和普通元件45是用典型的芯片安装机47高速安装的，并且由于没有包括使用倒装芯片键合机的工序，因此本发明的倒装芯片方法可以缩短加工时间。
芯片安装机47是将半导体芯片或普通元件高速安装到上面形成有焊膏37或焊料墨35的基板的焊盘上的一种装置。芯片安装机47不但可以安装小芯片，例如2125、3216和TANTAL，而且可以高速安装IC，例如接头型、小尺寸封装(SOP引线面(lead face)在各个方向朝外的IC)、J形引线小外形封装(SOJ引线面在各个方向朝内的IC)、四方扁平封装(QFP引线面朝外的扁平方形IC)、塑料有引线芯片载体封装(PLCC引线面朝内的IC)、球栅阵列封装(BGA焊料球按栅格阵列附着在封装底部的无引线元件)、以及芯片尺寸封装(CSP)，等等。
图10是表示根据本发明一种实施方式，当通过回流焊(S19)熔化焊料墨35时，金凸点33和第一焊盘39之间形成金属间化合物的剖视图。回流焊是指将上面装有半导体芯片31和普通元件45的基板43加热到一定温度使焊膏37和焊料墨35熔化的工艺。回流焊温度根据所用的焊膏37和焊料墨35而改变，但一般约为200℃。回流焊时间也根据基板大小和芯片的数量或类型而改变。在典型回流焊中，优选地，温度缓慢升高，缓慢下降，以防止焊膏流走和出现裂纹。
金凸点33和第一焊盘39是通过由焊料墨35形成的金属间化合物而结合的，并且由于焊料墨35具有很薄的厚度，等于或小于30μm，因此即使在熔化后也不会流走。
底部填充(S21)是使用绝缘树脂完全填充半导体芯片31或普通元件45的底部。底部填充可以抵抗物理冲击，例如掉落的冲击或者基板的位移冲击。还可以防止由于工作温度变化产生的热冲击、灰尘或水分产生的电迁移或者引线的α射线造成的故障。优选地，用于底部填充的树脂不但需要物理和化学性能稳定，而且还应该在高温下具有快速渗透性。另外，在注射器内不应形成气泡。对于底部填充装置来说，优选的是可以稳定涂覆并快速填充树脂的装置。在使用底部填充装置填充树脂之后，使用硬化装置将树脂硬化。
虽然参考特殊实施方式详细说明了本发明的精神，但这些实施方式仅是为了解释的目的，并不限制本发明。应该认识到，本领域的一般技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以改变或修改这些实施方式。
根据如上所述的本发明，本发明不但可以降低加工成本和缩短加工时间，而且可以将微小间距的半导体芯片安装到基板上。
另外，本发明通过去除对形成阻焊剂的需求，可以实现微小间距的基板焊盘。
权利要求
1.一种倒装芯片方法，包括在半导体芯片上形成金凸点；利用喷墨打印技术将焊料墨印刷在基板的第一焊盘上；将半导体芯片安装到基板上，以使金凸点和第一焊盘接触；以及回流焊该基板。
2.如权利要求1所述的方法，还包括通过丝网印刷技术将焊膏印刷在基板的第二焊盘上；以及将普通元件安装在上面印刷了焊膏的第二焊盘上。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括底部填充。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中金凸点是通过镀形成的。
5.如权利要求2所述的方法，其中半导体芯片和普通元件是用芯片安装机安装的。
全文摘要
本发明涉及一种使用金凸点和喷墨打印技术的倒装芯片方法。所述倒装芯片方法包括在半导体芯片上形成金凸点；利用喷墨打印技术将焊料墨印刷在基板的第一焊盘上；将半导体芯片安装到基板上，以使金凸点和第一焊盘接触；以及回流焊该基板。本发明可以降低加工成本和缩短加工时间，可以将微小间距的半导体芯片安装到基板上，并且通过去除对形成阻焊剂的需求，可以实现微小间距的基板焊盘。
文档编号B23K1/00GK1855405SQ20061000317
公开日2006年11月1日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年4月19日
发明者金永财, 金舜荣 申请人:三星电机株式会社