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关于晶圆凸块的考虑:金属层之间界面的重要性
录入时间:2016/5/12 13:55:11

关于晶圆凸块的考虑:金属层之间界面的重要性

Wataru Tachikawa,陶氏电子材料金属化与先进封装技术全球市场营销经理 

毫无疑问,对于最新晶圆级封装要求来说,轻薄度至关重要。我们都了解八九十年代的移动电话向轻薄移动电话以及后来的智能手机转变的历程。在此过程中,增加摄像头、提升处理能力和增大存储空间,以及对更大电池容量的需求减缓甚至阻碍了轻薄装置的发展,直到下一技术改进出现。晶圆凸块技术的进步在很大程度上促进了这一转变的发生。为将所有功能整合到当今的智能手机中,同时仍保持其轻薄度,需要采用极薄的 WLP、PoP 和可能的 2.5D 集成电路堆叠,而这样的电路要求更小更多的焊点。扇出型晶圆级封装解决方案崭露头角,但目前大批量生产(HVM)采用的方法仍是凸块封装 。

在当今器件密集节距要求引导之下,行业关注重点从传统 C4 凸块技术转向铜 (Cu) 柱和锡银 (SnAg) 帽。据 Prismark Partners 称,预计到 2018 年, 凸块晶圆总产量将几乎翻倍,达到 2700 万,其中 35% 将使用带铜/锡银盖板的凸柱。这其中甚至还未包括 TSV 应用的微凸块,此部分产量将使该部分比重进一步增加(请参见图 1)。

 

1. 使用各类技术的凸块晶圆产量,数据由Prismark Partners LLC提供

选择能够实现高产量、可靠镀铜柱和微型盖板铜柱结构的材料时,重点要考虑金属层之间的界面,特别是铜柱盖板直径收缩至u柱尺寸(直径 <30µm )。此外,必须对界面属性和金属间化合物 (IMC) 进行深入了解并加以控制。电镀溶液对各层兼容性以及 IMC 扩展控制、微孔隙形成和整体堆叠可靠性具有重要影响。借助锡银盖板铜柱,观察到的 IMC 区域通常大于镍凸块下金属化上的传统锡银 C4 凸块(请参见图 2)。

 

/锡银界面                         铜/锡银界面

 

无大孔隙             无微孔隙                         无大孔隙        无微孔隙    

 

 图 2.  镍基上 75 µm 锡银 C4 凸块(左图)和 20 µm带锡银帽铜微柱(右图)SEM 和 x 射线检查

 

 

我们需要使用 IMC 界面提供强大冶金键,以便形成互联。但是,对 IMC 厚度的控制非常重要,这能够最大程度降低脆性或孔隙,避免在组装过程和整个最终器件使用寿命期间产生可靠性问题。最大程度去除或完全清除电镀铜中的杂质是实现可接受带锡银 IMC 的必要条件,特别是防止微孔隙形成。此外,铜和锡银电镀浴中的配方添加剂组分在控制 IMC 形成中有着重要作用。


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