凸塊是指按設(shè)計(jì)的要求，定向生長于芯片表面，與芯片焊盤直接或間接相連的具有金屬導(dǎo)電特性的凸起物。凸塊的材料可以是金屬材料、無機(jī)材料或復(fù)合材料，用于建立芯片焊盤與基板焊盤之問的電互連，在一定范圍內(nèi)，可替代引線鍵合電互連方式。凸塊工藝適用于引線框架、有機(jī)基板、硅基基板等倒裝焊封裝。

從20世紀(jì) 60年代IBM 公司開發(fā)出 C4 ( Controlled Collapse Chip Connection)凸塊用于倒裝芯片焊接工藝口以來，工業(yè)界已開發(fā)出金凸塊 (Gold Burp)、焊球凸塊（Solder Bump)、銅柱凸塊（Pillar Bump） 等結(jié)構(gòu)的凸塊，如下圖所示。

金凸塊由凸塊下金屬(Under Burp Metallization， UBM)區(qū)電鍍金組成，多用于液晶屏驅(qū)動(dòng)芯片與玻璃或柔性基板的電互連，以及射頻標(biāo)簽芯片與柔性基板的電互連。

焊球凸塊由 UBM 和 UBM 上方的金屬焊料 (Sn、SnPb、SnAg）組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 UBM ?。ㄒ话愕陀?10μm），焊料厚（從幾十微米到一百多微米，或者更厚）。

銅柱凸塊用電鍍厚銅（數(shù)十微米）作為 UBM，同時(shí)適當(dāng)降低焊料的厚度銅柱凸塊可完全替代焊球凸塊在倒裝封裝中的作用。銅具有良好的電學(xué)和熱學(xué)性能，很好地改進(jìn)了焊球凸塊在電學(xué)性能和熱學(xué)性能方面的問題。銅柱凸塊因?yàn)槠浜噶媳〉奶攸c(diǎn)使其具備了窄節(jié)距的優(yōu)點(diǎn)。

主流的凸塊工藝均采用圓片級(jí)加工，即在整片園片表面的所有芯片上加工制作凸塊，因此稱為圓片級(jí)凸塊工藝。常用的圓片級(jí)凸塊工藝有了種，即蒸發(fā)方式印刷方式和電鍍方式。日前，業(yè)界廣泛采用印刷方式和電鍍方式制作凸塊。

在采用印刷方式制作凸塊前，必須先在芯片表面需要生長凸塊的區(qū)域制作UBM。 UBM 常用的加工方式有化學(xué)鍍方式、濺射腐蝕方式和濺射電鍍方式。下圖所示的是電鍍方式加工 UBM+印刷方式加工焊球凸塊的工藝流程。

首先，采用濺射或其他物理氣相沅積的方式在國片表面沉積一層鈦或鈦鎢作為阻擋層，再沉積一層銅或其他金屬作為后紋電鍛所需的種子層；阻擋層起到阻擋芯片表面焊盤金屬（如鋁襯底）與和子層金屬互擴(kuò)散的作用，同時(shí)與這兩層金屬形成良好的結(jié)合力。在沉積金屬前，四片先進(jìn)人濺射機(jī)合的預(yù)湝潔腔體，用氬氣等離子去除焊盤金 屬表面的氧化層，以提高濺射金屬層與芯片表面的結(jié)合力，以及降低金屬氧化層引人的電陽。

其次，在圓片表面旋涂一定厚度的光刻膠，并運(yùn)用光刻曝光工藝，對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇性曝光，使光刻膠發(fā)生化學(xué)變化，以改變其在顯影液中的溶解度。光刻膠與顯影液充分反應(yīng)后，得到設(shè)計(jì)所需的光刻圖形。再則，圓片進(jìn)人電鎮(zhèn)機(jī)，通過合理控制電鍍電流、電鍍時(shí)間、電鍍液液流電鍍液溫度、電鍍液成分等，從光刻膠開窗因形的底部開始生長并得到一定厚度的金屬層作為 UBM。在有機(jī)溶液中浸泡足夠長時(shí)問后，圓片表面的光刻膠被去除；再用相應(yīng)的腐蝕液去除圓片表面 UBM 以外區(qū)城的濺射種子層和阻擋層得到 UBM。

最后，在植球工序中，需要用兩塊開有圓孔的金屬薄板作為掩模板，且開孔的位置與圓片表面 UBM 的位置相對(duì)應(yīng)。在植球前，先用第 1塊金屬掩模板將助焊劑印刷到 UBM 表面；再用第2塊金屬掩模板將預(yù)成型的錫球印刷到 UBM上；最后，圓片經(jīng)過回流爐使錫球在高溫下熔化，熔化的錫球與 UBM 在界面上生成金屬間化合物，冷卻后錫球與 UBM 形成良好的結(jié)合。

采用電鍍的方式也可以得到焊球凸塊，即在電鍍 UBM 完成后，接著電鍍焊料；去除光刻膠和腐蝕濺射金屬后，經(jīng)過回流，得到焊球凸塊。電鍍方式也是銅柱凸塊和金凸塊加工的常用方法。

結(jié)合再布線（RDL)工藝，可以在芯片表面得到多種結(jié)構(gòu)的凸塊結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

審核編輯：劉清