Wafer-Bumping-Prozesse haben sich in den letzten 10 Jahren weiterentwickelt. Die Halbleitermontageindustrie hat sich von Bumping-Prozessen mit Lotpastendruck (mit all seinen Problemen wie Voiding, Koplanarität, Schablonenlebensdauer und Spritzer) zu plattierten Lotbumps und jetzt zu plattierten Kupfersäulen mit Mikrobumps (Lot-Endkappen) entwickelt, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Entwicklung der Flip-Chip-Bump-Metallisierung und Struktur
Die Gründe für den Wechsel von Standard-Lötstopps zu Kupfersäulen sind in erster Linie die folgenden:
- allow high I/O ultrafine pitches (<80microns) without solder bridging
- Aufrechterhaltung eines großen Abstands (Chip - Substrat), um die Belastung der Chipoberfläche zu verringern
- Beseitigung oder Verringerung von Elektromigrationsproblemen, die durch die Stromverdrängung im Lot in der Nähe der UBM verursacht werden
Der grundlegende Prozessablauf für die Bildung von Kupfersäulen/Mikrobuckeln ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Kupfersäulenlot: von der Beschichtung bis zum fertigen Mikrobump
Um Hohlräume in der endgültigen Reflow-Verbindung zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Oberfläche des Mikrobumps nach dem Reflow-Prozess perfekt halbkugelförmig, glatt, frei von organischen und anorganischen Rückständen und mit einer dünnen semipassivierenden Schicht aus Zinnmonoxid überzogen ist. Es gibt zwei Fälle, in denen der Lotbump oder Mikrobump reflowed werden muss:
- Nach dem Ablösen des Fotolacks und der Keimschicht ist der raue galvanische Buckel mit verschiedenen Zinnoxiden und -hydroxiden (aus der Reaktion mit dem hochkorrosiven Resiststreifenmaterial) sowie mit organischen Ablagerungen verunreinigt, die sich in der rauen Oberfläche des Buckels festgesetzt haben.
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Wenn der Wafer in einer Weise getestet wird, die die Oberseite des Lötstopps prägt (beschädigt), muss dieser Stoppel unter Umständen ebenfalls reflowed werden, um ihn aus seinem geprägten Zustand in eine makellose Halbkugel zu verwandeln. Dadurch werden münzbedingte Lücken in der anschließenden Flip-Chip-Verbindung vermieden.
Auf die Verwendung spezieller Wafer-Bumping-Flussmittel und kritische Aspekte der Prozesssteuerung zur Erzeugung makelloser Mikrobumps werde ich in einer Reihe von weiteren Blogbeiträgen näher eingehen.
Zum Wohl!
Andy
