專利名稱：清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝制程，具體的說，涉及一種清除芯片以及鉛錫合 金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越向小型化、智能化、高 性能、高可靠性方向發(fā)展。在集成電路芯片尺寸逐步縮小，集成度不斷提高 的情況下，電子工業(yè)對(duì)集成電路封裝技術(shù)提出了越來越高的要求。倒裝芯片(flip chip )技術(shù)是通過在芯片表面形成的焊球，使芯片翻轉(zhuǎn)與 底板形成連接，從而減小封裝尺寸，滿足電子產(chǎn)品的高性能(如高速、高頻、 更小的引腳)、小外形的要求，使產(chǎn)品具有很好的電學(xué)性能和傳熱性能。凸點(diǎn)制作技術(shù)(bump)是倒裝芯片中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。凸點(diǎn)是焊料通過 一定工藝沉積在芯片互連金屬層上，經(jīng)過一定溫度回流形成的金屬焊球。在 鉛錫合金凸點(diǎn)的制作工藝中，凸點(diǎn)制作之前，如圖l所示，芯片10已經(jīng)形成鈍 化層11和互連金屬層12，進(jìn)入凸點(diǎn)制作之后，首先在芯片表面形成一凸點(diǎn)下 金屬層13 (Under-Bump Metallurgy, UBM);然后在UBM層上噴涂光刻膠， 并曝光、顯影以形成光刻膠開口；然后在光刻膠開口處沉積鉛錫合金焊料16; 之后，去除光刻膠層和部分凸點(diǎn)下金屬層13。參考圖2，在芯片表面噴涂助焊劑(圖中未示出)，接著在一定溫度下鉛 錫合金焊料16回流形成鉛錫合金凸點(diǎn)17，隨后，清除芯片10表面以及鉛錫合 金凸點(diǎn)17上的助焊劑。噴涂助焊劑時(shí)，助焊劑應(yīng)覆蓋芯片以及鉛錫合金焊料 的整個(gè)表面，起到輔助鉛錫合金焊料回流的作用。 目前常用的助焊劑有兩大類型，第一類是有機(jī)溶劑型，該類型的特點(diǎn)是 助焊劑中的活性劑成分都必須溶解在有機(jī)溶劑(如甲醇、乙醇、丙醇)中，這種 助焊劑在儲(chǔ)存及使用過程中，存在易燃、揮發(fā)、污染空氣、刺鼻等諸多問題。 因此，出于環(huán)保以及安全的考慮，很多公司使用第二類水基型助焊劑，該類 型的助焊劑雖然從環(huán)保和安全方面具有優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)在于使用該類助焊劑后， 殘留于面板的殘留物因?yàn)橐资艹比芙猓瑢?dǎo)致絕緣性下降，因此必須進(jìn)行清洗。中國專利申請(qǐng)02807547提出了 一種使用不用清理的助焊劑來解決助焊劑 殘留的問題，技術(shù)方案是在含有凸點(diǎn)焊料的芯片上噴涂助焊劑，然后進(jìn)行回 流，凸點(diǎn)焊料的回流溫度大于或者等于助焊劑的揮發(fā)溫度。所述的助焊劑只 要是在200攝氏度下即可沸騰的羥酸。但是這種方法需要采用脈沖加熱工具進(jìn) 行回流加熱，并且需要對(duì)回流的溫度梯度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在工業(yè)應(yīng)用上不 僅成本較高，而且實(shí)現(xiàn)起來也比較困難。目前工業(yè)應(yīng)用中廣泛應(yīng)用的仍然是水基型助焊劑?，F(xiàn)有技術(shù)主要是利用 去焊劑來清除回流之后芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑。在使用去 焊劑清洗回流之后芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)上殘留的助焊劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉛錫合金 凸點(diǎn)的表面會(huì)變的粗并造，導(dǎo)致芯片出現(xiàn)失色的缺陷。如圖3所示，本發(fā)明所述 的失色，是指由于鉛錫合金凸點(diǎn)表面粗糙導(dǎo)致芯片表面出現(xiàn)的色差。因此，需要一種工藝簡單、成本較低，能夠在半導(dǎo)體制程中進(jìn)行工業(yè)應(yīng) 用的清除鉛錫合金焊料回流之后芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑的方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中采用去焊劑清除鉛錫合金焊料回流之后 芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑時(shí)，會(huì)使鉛錫合金凸點(diǎn)表面變的粗 糙，從而導(dǎo)致芯片產(chǎn)生失色的缺陷。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了 一種清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法，包括如下步驟使用水基清洗試劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)； 使用去焊劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)，清除殘留助焊劑。
所述的水基清洗試劑為去離子水。
所述去離子水的用量為15L至20L。
使用水基清洗試劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)時(shí)，清洗掉芯片以及鉛錫 合金凸點(diǎn)上殘留助焊劑總量的90%至95%。
使用去焊劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)的時(shí)間為15分鐘至45分鐘。
所述的去焊劑為pH值在8.5至11的去焊劑。
所述的去焊劑為日本花王公司(KAO)生產(chǎn)的CLEANTHROUGH系列 750H去焊劑，或者納什維爾Kyzen公司生產(chǎn)的MICRONOX系列MX2302去焊劑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 首先采用水基清洗試劑對(duì)凸點(diǎn)焊料回流之后芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表 面殘留的助焊劑進(jìn)行清洗，可以有效的先去掉芯片表面以及鉛錫合金焊料頂 端部分的助焊劑，清洗之后，芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面僅殘留少部分的助 焊劑，然后采用常規(guī)的去焊劑清洗，避免現(xiàn)有技術(shù)中直接使用去焊劑進(jìn)行清 洗時(shí)去焊劑和助焊劑之間相互作用對(duì)鉛錫合金凸點(diǎn)表面造成的弱腐蝕，從而 得到表面光滑，鉛錫合金表面沒有遭到腐蝕的鉛錫合金凸點(diǎn)。
2、 采用弱44性的去焊劑清洗，可以更有效的清除水基清洗試劑清洗之后 芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面剩余的少量弱酸性助焊劑，更好的保護(hù)鉛錫合金 凸點(diǎn)不被腐蝕。
3、 本發(fā)明提供的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法，工藝筒
單，對(duì)操作設(shè)備的要求不要，適合生產(chǎn)線上應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)去除光刻膠和凸點(diǎn)下金屬層之后鉛錫合金焊料在芯片上 的截面結(jié)構(gòu)示意2是現(xiàn)有技術(shù)鉛錫合金鉛錫合金凸點(diǎn)回流之后的截面結(jié)構(gòu)示意3是現(xiàn)有技術(shù)去焊劑清洗芯片表面的助焊劑之后芯片表面失色的圖片圖4是現(xiàn)有技術(shù)去焊劑清洗芯片表面的助焊劑之后鉛錫合金鉛錫合金凸 點(diǎn)表面的形貌5是現(xiàn)有技術(shù)去焊劑清洗芯片表面的助焊劑之后鉛錫合金鉛錫合金凸 點(diǎn)表面的形貌6是現(xiàn)有技術(shù)去焊劑清洗芯片表面的助焊劑之后鉛錫合金鉛錫合金凸 點(diǎn)表面放大后的微觀形貌7是本發(fā)明提供的避免鉛錫合金凸點(diǎn)表面粗糙的方法的工藝流程8是采用本發(fā)明提供的方法清洗芯片表面的助焊劑之后鉛錫合金鉛錫 合金凸點(diǎn)表面的形貌9是采用本發(fā)明提供的方法清洗芯片表面的助焊劑之后鉛錫合金鉛錫 合金凸點(diǎn)表面的形貌圖具體實(shí)施方式
針對(duì)本發(fā)明所釆用的技術(shù)和方法，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體 實(shí)施方式做一詳細(xì)的說明。在凸點(diǎn)焊料回流制程前，經(jīng)常使用水基型助焊劑?，F(xiàn)有的水基型助焊劑 的主要成分包括水溶性樹脂、活化劑以及溶劑。其中所述的水溶性樹脂主要
是選自聚乙烯醇、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性醇酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂或 它們中兩種或以上的混合物。所述活化劑由表面活性劑、有機(jī)酸和醇類助溶 劑組成，所述表面活性劑是選自丁二酸二已酯磺酸鈉、丁二酸二辛酯磺酸鈉 或它們的混合物；所述有機(jī)酸是選自水楊酸、乙酸或它們的混合物，所述醇類助溶劑是丙三醇、2-曱基戊烷-2，4二醇。所述的溶劑是去離子水。上述的助焊劑為酸性試劑，pH值一般在2至5之間，在鉛錫合金焊料進(jìn) 行回流之前，將其噴涂在芯片以及鉛錫合金焊料的表面，并不會(huì)對(duì)芯片以及 鉛錫合金焊料造成損傷。將鉛錫合金焊料回流之后，由于回流過程的高溫作 用，助焊劑軟化呈液態(tài)。冷卻后，助焊劑在芯片以及回流形成的鉛錫合金凸 點(diǎn)表面會(huì)凝固并成為較厚的助焊劑層。由于助焊劑為絕緣材料，液態(tài)的助焊 劑冷卻后形成的較厚的助焊劑層會(huì)使鉛錫合金凸點(diǎn)接觸電阻增大，從而導(dǎo)致 形成的鉛錫合金凸點(diǎn)導(dǎo)電性能差，無法滿足應(yīng)用的要求，因此這層助焊劑層 必須進(jìn)行清除。現(xiàn)有技術(shù)一般直接使用去焊劑清除上述鉛錫合金焊料回流之后在芯片表 面形成的助焊劑層，所述的去焊劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的各種市售去焊劑， 如日本花王公司(KAO )生產(chǎn)的CLEANTHROUGH系列750H去焊劑，或者 納什維爾Kyzen公司生產(chǎn)的MICRONOX系列MX2302去焊劑?，F(xiàn)有技術(shù)中，使用上述的去焊劑清除凸點(diǎn)焊料回流之后芯片上形成的助 焊劑之后，發(fā)現(xiàn)鉛錫合金凸點(diǎn)變的粗糙，從而導(dǎo)致芯片上出現(xiàn)如圖3所示的 失色現(xiàn)象。圖3是通過常規(guī)的光學(xué)顯微鏡檢測(cè)得到的。圖4和圖5分別給出了現(xiàn)有技術(shù)中直接使用上述的去焊劑清除鉛錫合金 凸點(diǎn)焊料回流之后芯片上形成的助焊劑層之后鉛錫合金凸點(diǎn)的表面形貌圖， 從圖中可以看出，鉛錫合金凸點(diǎn)的表面無金屬光澤，這是由于鉛錫合金凸點(diǎn) 比較粗糙造成的。圖4和圖5是通過常規(guī)的光學(xué)顯微鏡檢測(cè)得到的。
如圖6所示，為通過常規(guī)的光學(xué)顯微鏡放大500倍之后4企測(cè)得到的鉛錫合金凸點(diǎn)表面形貌圖。從圖中可以清晰的看出，鉛錫合金鉛錫合金凸點(diǎn)表面 凸凹不平，并產(chǎn)生了不同于鉛錫合金基體的腐蝕產(chǎn)物。不希望局限于理論的影響，但是一種可能的理論解釋是現(xiàn)有技術(shù)中使 用去焊劑清洗助焊劑殘留之后，鉛錫合金凸點(diǎn)表面變的比較粗糙的這種現(xiàn)象 可能是由于去焊劑和助焊劑之間互相作用引起鉛錫合金凸點(diǎn)表面的鉛錫合金 被腐蝕產(chǎn)生的。在使用去焊劑清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑 時(shí)，去焊劑和助焊劑之間在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理溶液的同時(shí)，芯片和鉛錫合 金凸點(diǎn)表面的溫度升高，因此造成鉛錫合金凸點(diǎn)更加容易受到溶液中腐蝕性 離子的侵襲，發(fā)生弱腐蝕。上述理論僅僅是一種可能的解釋，本發(fā)明不希望 局限于上述理論的影響。為解決上述問題，本發(fā)明提供了 一種清除鉛錫合金凸點(diǎn)回流之后芯片以 及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法，參考圖7所示的工藝流程，先使用水基 的清洗試劑進(jìn)行清洗，清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的部分助焊劑， 再使用常規(guī)的去焊劑進(jìn)行清洗，清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)所有殘留的助焊刑。用于鉛錫合金凸點(diǎn)回流制程的pH值在2至5之間的水基型助悍劑，如隸屬美 國Northrop gmmman軍工集團(tuán)的Kester (凱斯特)營業(yè)部推出的KESTER PASTE FLUX (TSF 6807)助焊劑，其主要成分為樹脂和2-甲基戊烷-2，4 二醇。清洗所述殘留的助焊劑所用的水基清洗試劑為去離子水，本發(fā)明采用去 離子水清洗助焊劑使用的是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的普通水槍，對(duì)噴射時(shí)的水 壓和去離子水的用量也沒有嚴(yán)格的限制， 一般來說，清洗掉芯片上殘留的助 焊劑總量的90 %至95 %即可。 作為一種優(yōu)選的4支術(shù)方案，采用普通的水;滄，調(diào)整水壓在40至50psi之 間(lpsi等于6.89kPa),所使用的去離子水的用量為15L至20L時(shí)，即可達(dá) 到清洗掉鉛錫合金凸點(diǎn)回流之后芯片表面殘留的90至95 %去焊劑的目的。使用去離子水清洗之后，本發(fā)明所述的去焊劑可以是現(xiàn)有技術(shù)中清洗鉛 錫合金凸點(diǎn)回流之后芯片表面助焊劑的常規(guī)去焊劑。在一個(gè)具體的實(shí)施例中， 將芯片浸入裝滿去焊劑的容器，清洗15分鐘至45分鐘(min)之后，即可完 全清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑。作為一種比較優(yōu)選的技術(shù)方案，使用去離子水清洗之后，本發(fā)明采用pH 值在8.5至11的弱堿性的去焊劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面仍然殘留的 助焊劑，如日本花王公司(KAO )生產(chǎn)的CLEANTHROUGH系列750H去焊 劑，或者納什維爾Kyzen公司生產(chǎn)的MICRONOX系列MX2302去焊劑。弱 堿性的去焊劑能更有效的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面仍然殘留的少量助 焊劑。采用本發(fā)明提供的方法可以完全清除掉鉛錫合金凸點(diǎn)回流之后芯片以及 鉛錫合金凸點(diǎn)表面殘留的助焊劑，鉛錫合金凸點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生變粗糙的缺陷。在本發(fā)明的一個(gè)完整實(shí)施例中，首先采用去離子水清洗掉芯片表面的助 焊劑，所用的去離子水的用量為18L,所采用的水槍的壓力為45Psi，然后再 將芯片浸入MICRONOX系列MX2302去焊劑溶液，清洗30min之后即可完 全清除芯片表面的助焊劑，觀察鉛錫合金凸點(diǎn)的表面，如圖8和圖9所示， 凸點(diǎn)表面光滑，鉛錫合金表面沒有被腐蝕。本發(fā)明首先采用水基清洗試劑對(duì)凸點(diǎn)焊料回流之后芯片以及鉛錫合金凸 點(diǎn)表面殘留的助焊劑進(jìn)行清洗，去掉芯片表面以及鉛錫合金焊料頂端部分卯 至95%的助焊劑，再采用常規(guī)的去焊劑清洗時(shí)，由于芯片表面以及鉛錫合金 含有的助焊劑很少，即使助焊劑和去焊劑相互作用發(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)由于反 應(yīng)形成局部的高溫環(huán)境，從而避免對(duì)鉛錫合金凸點(diǎn)表面造成的弱腐蝕的現(xiàn)象，
得到表面光滑，鉛錫合金表面沒有遭到腐蝕的鉛錫合金凸點(diǎn)。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、 一種清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法，包括如下步驟使用水基清洗試劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)；使用去焊劑清洗芯片以 及鉛錫合金凸點(diǎn)，清除殘留助焊劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，使用水基清洗試劑清洗掉的助焊劑為芯片以及鉛錫合金凸 點(diǎn)上助焊劑總量的90 %至95 % 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，所述的水基清洗試劑為去離子水。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，所述去離子水的用量為15L至20L。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，使用去焊劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)的時(shí)間為15分鐘至 45分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，所述的去焊劑為pH值為8.5至11的去焊劑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方 法，其特征在于，所述的去焊劑為日本花王公司生產(chǎn)的CLEANTHROUGH系 列750H去焊劑，或者納什維爾Kyzen公司生產(chǎn)的MICRONOX系列MX2302去焊劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種清除芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)表面助焊劑的方法，包括如下步驟使用水基清洗試劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)；使用去焊劑清洗芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)，清除殘留助焊劑。采用本發(fā)明提供的方法清洗鉛錫合金焊料回流之后的芯片以及鉛錫合金凸點(diǎn)，避免現(xiàn)有技術(shù)中直接使用去焊劑進(jìn)行清洗時(shí)去焊劑和助焊劑之間相互作用對(duì)鉛錫合金凸點(diǎn)表面造成的弱腐蝕，從而得到表面光滑的鉛錫合金凸點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K1/018GK101121214SQ20061003001
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者丁萬春, 王津洲 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司