在电子基板表面上形成焊料突起的方法

专利名称：在电子基板表面上形成焊料突起的方法
技术领域：
本发明涉及晶片或其他电子器件上的互连焊料突起(solder bump)的制造，以及特别涉及在使用C4NP互连技术将模具中的焊 料传送到定位焊盘(capture pad )之后，验证含焊料模具和传送晶片 上的定位焊盘之间的对准。
背景技术：
形成电子封装组件，由此使得诸如集成电路芯片的电子元件被电 气地和机械地连接到基板、卡或板、另一芯片、或者其它电子部件， 这是本领域中公知的技术。该技术通常被称为表面安装技术(SMT), 并已经被接受逐渐成为制造电子封装组件的优选方法。该互连技术通 常被称为球栅阵列封装、C4倒装芯片互连、多芯片模块、多层和微 通孔印刷布线板、以及表面安装混合组装。
多层陶瓷和有机电子元件典型地通过多个电子元件中的一个电 子元件的表面上的焊接(soldering)(或定位)焊盘到另一元件的表 面上的相应焊接(或定位)焊盘，而连接到其他元件。控制蜂塌芯片 连接(Control Collapse Chip Connection )是IBM研制的互连技术， 作为引线键合的替代。该技术通常被称为C4技术或倒装芯片封装。 总而言之，在陶瓷或有机基板上安装集成电路芯片，以及芯片上的焊 盘通过诸如焊料突起的多个电连接被电气地和机械地连接到该基板 上的相应焊盘，以形成电连接模块。模块典型地通过焊料或插槽型连 接而连接到其他电子元件。
在C4互连技术中，相对较小的焊料突起被粘接到一个元件上的 焊盘，典型地被接合到芯片。然后通过将待接合基板上的相应焊盘定 位邻近于芯片上的焊料突起，并在升高的温度下回流该突起，形成电子的和机械的互连。C4接合工艺是自对准的，其中焊料的浸润作用 将使芯片突起图形对准到基板上的相应焊盘。也可以溅射接着刻蚀定 位焊盘，而不进行任何的镀。
用于半导体晶片上的或待互连的基板上的C4突起的定位焊盘是 公知的，并且典型地通过Cu籽晶层上的Ni或Cu/Ni焊盘的抗穿通镀 (through resist plating )来制造。优选在基板表面上使用导电的阻挡 层，以及Cu籽晶层优选通过将Cu溅射在溅射的TiW层上来制造。
在C4技术中，焊料突起直接形成在一个单元的定位焊盘上。该 焊盘通过绝缘的芯片钝化层和围绕每个焊盘的基板与其他焊盘电隔 离。该基板可以是未摻杂的硅(Si)或一些其他材料。该焊盘的底部 被电连接到芯片或基板电路中。
C4的主要应用是将半导体微芯片(集成电路)接合到芯片封装。 芯片通常以矩形阵列制造在被称作"晶片，，的硅单晶片上，晶片是几英 寸的薄圆片。在每个晶片上形成许多芯片，然后该晶片被切割为单个 芯片，并且该芯片被"封装，，在大到足以被处理的单元中。C4突起被 放置在该芯片上，同时仍接合在晶片中。
形成焊料突起的一种方法使用溅射或真空淀积。在真空腔室中蒸 发焊料金属，且该金属蒸汽使腔室中的所有物体覆盖有汽化金属的薄 膜。为了在基板上形成焊料突起，允许蒸汽通过保持在基板上方的金 属掩膜中的孔。通过该孔的焊料蒸汽凝结在冷却表面上，成为焊料突 起。该方法需要高真空腔室来保持基板、掩模和闪速蒸发器。
用于制造焊料突起的另一技术是电淀积，也称作电化学镀或电 镀。该方法也使用掩模诸如构图的光刻胶，以及仅仅在所选择的位点 形成焊料突起。其它方法包括通过掩模筛选焊料膏，并在适当的位置 淀积」敝突起。
C4NP传送工艺是一种优选的方法，其使用包含焊料的模具，并 将模具中的焊料传送到晶片的定位焊盘，以及在加热时，在晶片焊盘
上形成焊料突起。该模制的焊料突起优选通过如下所述的注入模制焊 料(IMS)方法用焊料填充。C4NP焊料传送是一种将玻璃模具的空腔中的焊料传送到晶片 表面上的定位焊盘的工艺。在该工艺中，焊料填充的模具被对准到晶 片，并将两者放置得彼此非常靠近。围绕晶片外部的密封环产生密闭 腔室(confinement chamber ),在该密闭腔室中在加热和冷却过程中 注入氮气。在将晶片/模具加热超过焊料的熔融温度之后，两者被放置 得互相接触。该熔融焊料浸润晶片上的定位焊盘的表面，并且该焊料 "粘着"到晶片。该晶片和模具被互相拉开，在晶片定位焊盘上留下焊 料。为了在定位焊盘上产生可浸润表面，典型地使用助熔剂(flux)。 在模具填充的焊料上也使用助熔剂，使之没有氧化物。在冷却下来时， 该腔室被打开，从该工具移走具有焊料突起的晶片和空模具。
在执行C4NP焊料传送时，模具和晶片被互相精确地对准是极其 重要的。晶片上的定位焊盘典型地为约lOOpm直径，而模具中的焊料 典型地为约150nm直径。如果这些元件#皮误对准，那么将看到C4之 间的桥接或遗漏的C4,并使成品率损失。该焊料传送工具允许操作 员在几微米范围内将模具与晶片对准。但是，在温度倾斜上升和当移 动晶片和模具使其接触时发生的运动，以及视觉系统中的偏差的过程 中，看到偏离该理想情况的某些变形。在任意一个方向上，对准时的 理想位置和接触时的最终位置的移动量可能是差不多lOOjim或更多， 知道从用照相机看到的"完全对准"位置移动多少量和移动方向是重 要的。如果晶片在定位焊盘之间具有150微米节距，那么在任意方向 上，超过约30jim的误对准可能是灾难性的。因此，知道由传送工艺 引起的误对准和在初始对准中需要多少偏离来补偿工艺引起的误对 准是极其重要的。下面的发明提供一种确定每轮晶片(waferrun)的 定位偏离的方法。就我们所知，这些问题尚没有解决办法。
考虑到现有技术的不足，本发明的目的是改进将模具焊料传送到 晶片定位焊盘的工艺，特别，在C4NP工艺中将模具中的焊料传送到 晶片基板的相应定位焊盘的方法。
本发明的另一目的是提供一种用于确定由传送工艺引起的模具 中的焊料和晶片上的相应定位焊盘之间偏离量的方法，使得能够使用
6传送工具正确定位传送工具，以用于后续的焊料传送过程。
本发明其他的目的和优点部分地将是显而易见的，且部分地可从 申请文件中明了。

发明内容
在本发明中实现了上述及其他目的，上述及其他目的对于所属领 域的技术人员来说将是明显的，本发明涉及在电子基板表面上形成焊
料突起的方法，包括以下步骤
提供具有以阵列形式的多个焊料模具开口的焊料传送模具，该模 具开口填充有焊料；
提供包含以阵列形式的多个焊盘的电子基板，该模具中的焊料将 被传送到该焊盘，该模具阵列对应于基板焊盘阵列，以及该基板具有 无效区，该无效区具有一个或多个无效焊盘；
围绕所述一个或多个无效焊盘的周边淀积材料，该材料与熔融焊 料起反应；
将模具的含焊料开口紧邻将要向其传送焊料的电子基板的表面 或焊盘定位；
围绕该模具和电子基板提供密封并形成腔室；
将该腔室加热到升高的温度，所述升高的温度优选足以使焊料液 化，并且优选在惰性气氛下加热；
优选将还原气体通入该腔室中，与模具和电子基板接触，以从模 具焊料和电子基板表面移除氧化物，并在通过该腔室之后移除所述气 体；
通过使焊料模具和电子基板形成传送接触并形成空模具，将焊料 从模具开口传送到电子基板表面上的相应焊盘阵列；
从模具移除该密封，并从电子基板移除空模具，使电子基板在其 焊盘表面上留有来自模具开口的焊料，以及
检查电子基板的一个或多个无效焊盘，并测量与熔融坪料起反应 的所述材料，以确定焊料传送是否引起了任何对准偏离。
7在本发明的另 一方面，提供一种在电子基板表面上形成焊料突起
的方法，包括以下步骤
提供具有以阵列形式的多个焊料模具开口的焊料传送模具，该模 具开口填充有焊料；
提供包含以阵列形式的多个焊盘的电子基板，该模具中的焊料将 被传送到焊盘，该模具阵列对应于基板焊盘阵列；
将模具的包含焊料的开口紧邻将要向其传送焊料的电子基板的 表面或焊盘定位；
围绕该模具和电子基板提供密封并形成腔室；
将该腔室加热至升高的温度，该升高的温度优选足以使焊料液 化，以及优选在惰性气氛下加热；
在该基板表面上淀积材料，该材料与熔融焊料起反应；
优选将还原气体通入该腔室中，接触模具和电子基板，以从模具 焊料和电子基板表面移除氧化物，并在通过该腔室之后移除该气体；
通过使焊料模具和电子基板形成传送接触并形成空模具，将焊料 从模具开口传送到电子基板表面上的相应阵列；
从模具周围移除该密封，并从电子基板移除该空模具，使电子基 板在其表面上留有来自模具开口的焊料，以及
检查电子基板的焊盘，并测量与熔融焊料起反应的所述材料，以 确定焊料传送是否引起了任何对准偏离。


本发明的特征被认为是新颖的，并在所附权利要求中详细阐述了 本发明的元件特性。附图仅仅用于图示说明的目的，并且未按比例绘 制。但是，就操作的组织和方法而言，本发明本身可以通过结合附图 参考下面详细描述来很好的理解，在附图中
图l示出了使用注入模塑法用焊料填充模具板的示意图。
图2A是部分模具板的平面图，示出了模具空腔。
图2B是图2A的模具板的平面图，模具空腔填充有焊料。图2C是电子基板的俯视图，其包含从模具传送到其表面的焊料。
图3A-3B是覆盖在定位焊盘上的焊料填充模具的平面图，在图 3A中，在焊料传送之后，模具和定位焊盘对准，而在图3B中，在焊 料传送之后，模具和定位焊盘误对准。
图4A-4C是本发明的C4NP工艺的正剖面图，其中在焊料传送 之前和之后，模具和定位焊盘对准。
图5A-5D是本发明的C4NP工艺的正剖面图，其中在焊料传送 之前模具和定位焊盘对准，在焊料传送之后误对准。
图6A示出了围绕其周边具有无效区的晶片的平面图，在无效区 上有焊料反应材料。
图6B示出了围绕其周边具有无效区的晶片的平面图，整个晶片 在其表面上有焊料反应材料。
图7示出了晶片的平面图，示出了在如图5A-5D所示的焊料传 送工艺过程中，由模具和晶片的误对准所导致的 一些定位焊盘之间的 焊料突起。
图8示出了晶'片定位焊盘上典型的回流的焊料突起的正视图。
具体实施例方式
在描述本发明的优选实施例中，在此将参考图1-8，在图中相同 的数字表示本发明的相同特征。
使用本发明的方法，可以容易地处理多种焊料，这些焊料包括含 铅和无铅的、二元、三元和四元合金。无铅合金具有特定的商业重要 性，并且为了方便起见，以下的说明将针对这种无铅合金，但所属领 域的技术人员应当理解，使用本发明的方法可以容易地处理任何适合 的焊料。示例性的无铅合金包括Sn-1.8%Ag 、 Sn-0.5。/。Ag和 Sn-0.7%Cu。此外，特别的，以下的说明书将涉及含锡的无铅合金， 这是因为这些材料同样引起重大的商业兴趣，以及提供利用这些合金 的焊料互连的有效方法也具有重要的商业意义。
IMS是制造包含填有焊料的空腔的模具板的优选方法，并且，在图1中示出用于该方法的优选传送装置。图l示出了包括模具基板
12的模具10，模具基板12具有焊料开口或空腔14。 IMS设备被一般 性地示为15，其包括注射装置16,注射装置16中含有熔融焊料18。 在工作中，IMS设备16填充有熔融焊料18，并相对于含空腔的模具 板12移动，两者通常在焊料液相温度之上。当该设备在箭头的方向 上跨模具板扫描时，在恒定压力下，焊料18从储存器通过分配槽17 进入焊料开口 14，填充该开口，以形成焊料填充的开口 20。在扫描 工艺之后，模具板12被冷却，以固化该焊料。然后它被检查，这可 以使用多种自动化的光学技术来执行。检查后，该模具板可以立即发 送，用于将焊料传送到晶片或其他基板，或存储在非氧化环境中。
该模具板可以由多种材料制成，并且典型地是玻璃。由于在抬升 了的温度下进行焊料从模具板到最终焊料接收基板(如晶片)的传送， 因此使模具板和基板的热膨胀系数(CTE)匹配是重要的。当待传送 面积增加时，更是如此。因此，对于单芯片，或乃至4英寸直径的晶 片，到中点的较小距离使得模具和基板可以允许某些CTE失配并仍 然成功地工作。但是，对于较大面积如8英寸和12英寸直径的晶片， 使模具材料紧密地匹配晶片衬底(即硅)的CTE是重要的。
模具板中的空腔(焊料开口 ) 14具有图形，并且是最终基板或 晶片上的焊料接收焊盘的镜像。可以通过许多技术在模具板中制造该 空腔，其选择取决于空腔尺寸和节距以及模具板材料。空腔体积均匀 性是重要的，因为它们直接决定晶片上的焊料突起体积。
如图1所示的制造填充有焊料的模具板的上述方法，除了提供焊 料填充的模具板然后使用该模具板从该模具板传送焊料到晶片或其 他基板的定位焊盘以外，是众所周知的技术，并不是本发明的一部分。
图2A示出了其中具有大量空腔14的模具板12的一部分。
图2B示出了模具板12的一部分，开口用焊料填充，形成焊料 填充的开口20。焊料的表面与模具板共面。
图2C示出了焊料从模具板到晶片24的传送，传送的焊料36处 于与模具空腔中的焊料的相反的形式。优选的焊料形状是球形。模具和传送基板(即晶片)的对准对于模具到晶片传送的成功是 关键的。当使用透明模具板时，将焊料填充的空腔与晶片焊盘对准相 对容易。当使用不透明的材料时，或当使用气态助熔剂时，可能需要 使用分光光学件(split optics)的对准。取决于传送的环境，可以使
用或不使用助熔剂。如果使用，在进行到传送夹具之前，可以用薄的 均匀敷层将其施加在填充了的模具板或晶片上。或者，可以以汽相在 焊料传送温度或接近焊料传送温度下施加助熔剂。如果不使用，氧化 物还原方法，如压力变化、甲酸或氢气回流，可以有助于促进该传送。 通常，当模具板中的焊料处于液态和晶片焊盘无氧化物时，焊料浸润
力超过将熔融焊料保持在它们的空腔中的表面张力。当焊料是液体 时，将焊料突起从模具板释放到晶片焊盘上，并从该晶片升起该模具 板。晶片上的突起的形状趋于为球形，特别是如果悍料被传送到其上 的定位焊盘是圆形的更是如此。在晶片测试之后，晶片现在可以独立 地经受最终焊料回流过程，以在晶片焊盘上获得球形突起，如果测试 损伤使得这必要的话。
本发明涉及改进上述传送工艺，特别是关于模具中的焊料阵列与 电子基板上的相应焊盘阵列的初始对准，以补偿由传送工艺引起的偏 离。传送工艺过程中的偏离量的确定使得操作员能够在传送工艺之前 对准模具和晶片，以补偿由传送工艺引起的偏离移动。
在本发明的一个方面中，为了确定对准偏离，围绕晶片上的一个 或多个无效焊盘周边淀积与熔融焊料起反应的材料。当淀积在该晶片 上时，该材料优选悬浮在液体 中，以及液体蒸发在晶片表面上留下该 与焊料起反应的材料。在一个实施例中，异丙醇中的精细粒状的铜粉 液滴被放在晶片上无效区域中，例如晶片边缘或切口区域中。当异丙 醇蒸发时，该铜粉/异丙醇液滴在晶片上淀积铜颗粒的薄层。当焊料从 模具传送到晶片上时，与焊料接触的晶片表面的任意区域与铜粉起反 应并留下无铜区。在传送之后观察该无铜区，指示出来自该模具的焊 料在何处首先接触晶片，并可以确定初始对准的精确度。在该晶片上 焊料接触之后，焊料典型地浸润定位焊盘和使其自身中心在该焊盘上，除非偏离是大到足以在相邻焊盘之间形成焊料桥接，如图7所示。 使用上述方法，仅仅晶片的小区域得到铜淀积，具体的，该切口 或无效区域。因此，通过该技术不损坏有效芯片。此外，由于铜在汽 相或固相中不扩散到晶片的任意其他区域，因此铜不以任何方式损坏 该晶片。
在本发明的另一方面中，在整个晶片上淀积烊料反应材料。在一 个实施例中，就在焊料接触定位焊盘之前，将还原气体馈送入密闭腔 室中，例如，曱酸和一些氧气或空气，并在晶片上形成并淀积Sn焊 料微球。当该焊料接触晶片时，该Sn区域的微球被"清洗"掉，使得 可以观察与如上所述的理想对准的偏离程度。在另一实施例中，在将 晶片放入传送腔室中之前，可以在整个晶片表面上形成反应材料。
优选使用芯片的无效区域中的焊料反应材料，因为它不破坏任何 有效芯片。在优选实施例中，约l微米直径的铜粉与诸如异丙醇的液 体混合并淀积在期望的区域上。铜或焊料反应材料可以以各种量存 在，通常约50 wt%，但是可以更多或更少。优选在晶片边缘上在沿 周边的几个位置，在无效或伪C4定位焊盘当中，淀积单个液滴。异 丙醇迅速地蒸发，仅仅留下铜粉。铜粉充分地粘附到晶片表面。可以 使用诸如曱醇、乙醇、水等其他液体，但是异丙醇是优选的，因为已 证明其有效性。
可以使用除铜以外的其他焊料反应材料，并且颗粒尺寸可以宽泛 地改变。金属粉末是优选的，因为绝大多数将不会挥发并再淀积在晶 片上的其它地方。也可以使用有机材料。也可以使用诸如Si02和A1203 的无机粉末。通常无机氧化物粉末不挥发，但是，它们往往不与焊料 充分反应。因此，当焊料接触无机粉末时，焊料可以物理地移动粉末， 其可以示出焊料接触的某种表示，这可以适合于某些传送操作。可以 使用其他金属粉末，但是其不应该与定位焊盘反应从而阻止焊料传 送。可以使用诸如Ni粉末、Ag、 Au的金属及其他类似金属。
在本发明的其中用反应材料覆盖整个晶片的这方面中， 一种技术 注入空气到传送腔室中。空气中的氧气用来氧化模具中的焊料以及晶片表面。在焊料接触之前，在晶片表面上形成并淀积Sn或其他焊料 材料微球。在另一方法中，空气可以被局部地注入到密闭腔室中，以 使得仅仅晶片的局部区域在晶片表面上具有锡微球。也可以在放入传 送腔室中之前，或在焊料传送步骤之前的任一点，在整个晶片表面上 形成反应材料。
具有锡微球的晶片区域可以使用目视检查(visual inspection) 或光学工具来检查。也可以使用除空气以外的气体，如氧气/惰性气体 混合物。
参考图3A和3B，平面图示出了覆盖在定位焊盘上的包含焊料 的模具开口。在焊料传送之前，该模具和晶片将一直被对准，除非根
据本发明的方法使用了偏离补偿。
在图3A中，焊料填充的模具开口 20和定位焊盘26被对准。在 图3B中，模具开口 20和定位焊盘26被示出为未对准。焊料反应材 料38在焊料填充的模具开口 20下面，并围绕定位焊盘26的周边存 在。在图3A中，40a等于40b，表明在传送工艺过程中没有误对准。 40a和40b是已与焊料起反应的焊料反应材料38的区域，剩余的材料 38未与焊料起反应。但是，在传送工艺过程中，模具开口20和定位 焊盘26可以变为误对准，如图3B所示。这是由传送工艺引起的未对 准，这是本发明的主要目标，本发明使操作员能够在执行传送工艺之 后确定偏离或误对准程度，并相应调整传送工艺的初始对准，由此补 偿由传送工艺引起的误对准。因此，在图3B中，40a和40b不相等， 表明误对准。
在图4A中，包括模具基板12和焊料填充的空腔20的填充的模 具(包含焊料)10和晶片24被装栽到焊料传送工具11中。使该模具 和晶片近乎接触。典型地，焊料填充了的空腔的直径约比定位焊盘直 径大50%,例如，150孩O(t对IO(M数米。
焊料传送工具11包括其上放置晶片基板24的基座28。模具12 被放置在晶片基板24上，晶片基板24在其上具有定位焊盘26。定位 焊盘处于阵列形式，其对应于模具中的阵列。如图4A所示，耐热的
13密封环30形成密闭腔室31，其中通过入口 32注入气体并通过出口 34移除气体。在加热到升高的温度例如280。C的过程中，使氮气在腔 室中流动，阻止焊料或晶片的定位焊盘的氧化。然后将还原气体如甲 酸和氮气的混合物，注入到该加热腔室，产生还原环境。该升高的温 度足以使焊料液化，并优选超过焊料的熔点约5至60°C。可以使用任 意非氧化气体。曱酸"清理(clean up)"该焊料，移除氧化物，也清 洗定位焊盘表面。在如由晶片或焊料表面上的氧化物量所确定的足够 的甲酸流之后，在传送工艺过程中，维持非氧化气体流。在图4B中 焊料和晶片被汇集在一起，以便焊料20优选接触定位焊盘26，焊料 浸润该定位焊盘，并且焊料被从模具传送到晶片焊盘。典型地，该焊 料浸润并沿所有定位焊盘侧面流动，然后焊料在冷却下来时，在焊盘 表面上形成突起。该模具并不是必须接触晶片表面，但是从操作观点， 这是优选的。在冷下来之前，在图4C中，晶片和密封被拉开，在晶 片24的每个定位焊盘26上留下球状的焊料突起20b。也可以晶片24 顶部向下而才莫具12底部向上地进行C4NP工艺。
各元件的比例仅是为了清楚的目的。典型地，定位焊盘26的高 度小于5微米，而焊料的高度大于60微米。
再次参考图4A-4C，这些图示出了传送操作开始时模具和定位焊 盘的正确对准，并且没有由该传送工艺引起的误对准。因此，在图4A 中，示出了围绕定位焊盘26的周边在基板24的表面上淀积的与熔融 焊料起反应的材料38。在图4B中，该焊料现在是熔融的，并流动形 成焊料块20a，其同样被示出为覆盖定位焊盘26和材料38。熔融焊 料20a在它接触材料38的地点，与材料38起反应，在晶片表面上形 成没有材料38的开口 (opening) 40a和40b，如图4C所示。该焊料 在定位焊盘26的表面上固化并形成突起20b。
图4C中的晶片24和材料38的检查表明，在该传送工艺过程中， 晶片和模具没有误对准，因为区域40a和40b (现在不存在反应材料 38)几乎相同，从而向操作员表明，熔融焊料在定位焊盘的中心接触 定位焊盘26，以及熔融焊料围绕定位焊盘的周边均匀分布。在图3A
14中可以看到该情形，其上是图4C的晶片的部分平面图。区域40a和 40b几乎相同并且是绕焊盘26对称的。在晶片24的表面上示出了没 有反应的剩余焊料反应材料38 。
将在传送工艺过程中没有误对准的上述传送工艺与图5A-5C进 行对比，图5A-5C示出了由传送工艺引起的模具开口和定位焊盘的误 对准。因此，在图5A中，模具12和开口 20与基板24的定位焊盘 26完全对准。在图5B中，在传送工艺过程中，模具12被左移，如 箭头所示，以致现在模具开口 20的中心与定位焊盘26偏离。在图5C 中，当焊料20被熔融时，其接触区偏斜到定位焊盘26的一侧，如数 字20c所示，尽管焊料将典型地沿接触焊盘的所有侧面流淌。在图5D 中，可以看到，在焊盘26周围，从区域40a移除的焊料反应材料比 从区域40b移除的更多，这表明，在传送工艺过程中，存在模具和定 位焊盘的误对准。参见图3B。利用该信息，操作员将图5A中的模具 定位到焊盘26a的右边(在箭头的相反方向上)约40a的一半的距离 处，以补偿由传送工艺引起的偏离。在图3B中可以看到40a大于40b 的情形。
对于晶片12的有效区域中的焊盘，如果误对准是足够严重的， 那么焊料在的焊盘之间流动，如数字20c所示，固化，并在焊盘(数 字20d)之间桥接。参见图5D。注意，焊料突起20b'低于焊料20b， 表示桥接的影响。如果误对准使得焊料未接触定位焊盘，那么在定位 焊盘之间，焊料接触晶片基板，并且不发生到晶片的传送，因为焊料 不浸润晶片基板，在模具中留下了焊料。这是误对准的严重情况。
所属领域的技术人员将清楚，在传送工艺过程中可能产生不同程 度的偏离，但是这可以通过本发明的方法容易地确定，使得可以调整 在传送工艺开始时的对准，以补偿测量的偏离。
现在参考图6A,晶片60的平面图被示出为具有有效区域62和 周边的无效区域64。示出了仅仅在无效区域64中淀积焊料反应材料 38。在图6B中，示出了图6A的晶片具有有效区域62和无效区域64， 但是焊料反应材料覆盖整个晶片。在本发明的其中整个晶片覆盖有焊料反应材料的这个方面，将使用除了可以测量晶片上的任意焊盘来确 定偏离的程度之外与如上所述的相同的技术来确定传送工艺对准偏 离测量。上面描述了用于在整个晶片上淀积焊料反应材料的技术，优 选対于含锡的焊料，在开始传送工艺之前，在传送腔室中使用反应气 体，以形成覆盖晶片表面的锡微球。例如，在还原气体的初始流动到
腔室中的过程中，空气或含氧气体内部地漏入该腔室中，例如，5秒， 导致在晶片上淀积Sn微球。
图7示出了如图5A-5D表示的晶片上的误对准的结果。因此， 无效区域中的焊料突起20b，，由于其源自桥接(20d)的减小的高度， 具有不能接受的高度，以及被电短路，造成缺陷芯片。
图8是回流之后晶片24上形成的典型焊料突起20b，示出了定 位焊盘26、钝化层27以及晶片基板24和定位焊盘26之间的最终金 属表面29。
本-发明的改进的C4NP工艺可应用于焊盘层；诸如TiW/Ni、 TiW/Co 、 TiW/Cu/NiP 、 TiW/NiV 、 TiW/NiV/Cu 、 TiW/MSi 、 TiW/NiSi/Cu、 TiW/NiAu、 TiW/CrCu/Ni/Cu、及与焊料C4s相兼容 的其他Ni、 Au和Cu合金。此外，尽管上述说明书描述了传送过程 中电子基板上面的模具，但是对于某些方法，模具可以放置在电子基 板下面。
尽管已结合具体优选实施例详细描述了本发明，但是显然，对于 所属领域的技术人员来说，根据上述描述，许多替换、改进和变化都 将是显而易见的。因此所附权利要求将包含属于本发明的真实范围和 精神内的任何替换、改进和变化。
如上描述了本发明。
权利要求
1. 一种在电子基板表面上形成焊料突起的方法，包括以下步骤提供焊料传送模具，所述焊料传送模具具有以阵列形式的多个焊料模具开口，所述模具开口填充有焊料；提供包含以阵列形式的多个焊盘的电子基板，所述模具中的焊料将被传送到所述焊盘，所述模具阵列对应于基板焊盘阵列，以及所述基板具有无效区域，所述无效区域具有一个或多个无效焊盘；围绕所述一个或多个无效焊盘的周边淀积材料，所述材料与熔融焊料起反应；将模具的含焊料的开口紧邻将要向其传送焊料的所述电子基板的表面或焊盘地定位；围绕所述模具和电子基板提供密封并形成腔室；将所述腔室加热到升高的温度，以使所述焊料液化；通过使焊料模具和电子基板形成传送接触并形成空模具，将焊料从所述模具开口传送到电子基板表面上的相应焊盘阵列；从模具周围移除所述密封并从电子基板移除空模具，使电子基板在其焊盘表面上留下来自所述模具开口的焊料；以及检查所述电子基板的所述一个或多个无效焊盘，并测量已与熔融焊料起反应的所述材料，以确定是否由焊料传送引起了任何对准偏离。
2. 如权利要求1的方法，其中所述焊料是含锡的无铅合金。
3. 如权利要求1的方法，其中所淀积的材料悬浮在液体中，在淀 积在电子基板上之后所述液体蒸发。
4. 如权利要求3的方法，其中所述材料是悬浮在异丙醇中的铜粉。
5. 如权利要求3的方法，其中所述材料是金属粉末。
6. —种在电子基板表面上形成焊料突起的方法，包括以下步骤 提供焊料传送模具，所述悍料传送模具具有以阵列形式的多个焊料模具开口，所述模具开口填充有焊料；提供包含以阵列形式的焊盘的电子基板，所述模具中的焊料将被传送到所述焊盘，所述模具阵列对应于基板焊盘阵列；将所述模具的包含焊料的开口紧邻将要向其传送焊料的电子基板的表面或焊盘地定位；围绕所述模具和电子基板提供密封并形成腔室； 将所述腔室加热到升高的温度，以使所述焊料液化； 在所述基板表面上淀积材料，所述材料与熔融焊料起反应； 通过使焊料模具和电子基板形成传送接触并形成空模具，从而将焊料从所述模具开口传送到电子基板表面上的相应阵列；从模具周围移除密封和从电子基板移除空模具，使电子基板在其表面上留下来自所述模具开口的焊料；以及检查电子基板的焊盘，并测量已与熔融焊料起反应的所述材料，以确定由焊料传送引起的任何对准偏离。
7. 如权利要求6的方法，其中所述焊料是含锡的无铅合金。
8. 如权利要求7的方法，其中在还原气体的初始流动过程中，空 气或含氧气体被有意地泄漏到所述腔室中，使得在电子基板上淀积Sn 微球。
9. 如权利要求6的方法，其中在将所述基板放入所述腔室中之前， 在整个电子基板表面上淀积所述材料。
全文摘要
提供一种在晶片或其他电子器件上制造互连焊料突起的方法。该方法对于公知的C4NP互连技术是特别有用的，并且该方法确定传送工艺过程中是否导致焊料模具阵列和晶片定位阵列之间的任何偏离。该偏离量使得操作员能够在焊料传送之前调整传送工具，以补偿由传送工艺引起的偏离，并提供更有成本效益的和更有效的焊料传送工艺。围绕定位焊盘的焊料反应材料被用来确定该焊料在哪里与焊料反应材料起反应，以示出由传送工艺引起的偏离。铜是优选的焊料反应材料。
文档编号H01L21/60GK101459090SQ20081017778
公开日2009年6月17日 申请日期2008年11月20日 优先权日2007年12月12日
发明者J·A·格雷尔, S·S·N·雷迪, 萨拉·H·尼克尔伯克尔 申请人:国际商业机器公司