[发明专利]微电子封装中焊料凸点/金属化层连接结构体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子封装领域的微互联技术，具体地说是一种可焊性良好的微电子封装中焊料凸点/金属化(过渡)层连接结构体及其应用，适用于一般微电子连接中基板和印刷电路板焊盘上，以及芯片倒装焊互联中焊料凸点下的金属化过渡层的制作技术领域。

背景技术

半导体集成电路元件被称为“工业之米”。但在一般情况下，人们所使用的是带有外壳的封装体。电子封装具有机械支撑、电气连接、外场屏蔽、应力缓和、散热防潮等多种功能。现今，电子设备迅速轻、薄、短、小型化促进电子封装产业的快速发展。特别是芯片性能的不断提高，对电子封装密度提出更高的要求。这主要表现在：封装的引脚数越来越多；布线节距越来越小；封装厚度越来越薄；封装体所占面积比例越来越大等。

在电子封装工程的四大基础技术，即薄厚膜技术、微互联技术、基板技术、封接与封装技术中，微互联技术起着呈上启下的作用。无论芯片装连到载体上，还是封装体实装到基板上，都要用到微互联技术。倒装焊微互联(FCB)技术是在整个芯片表面按栅阵形状布置I/O端子，芯片直接以倒扣方式安装到布线板上，通过栅阵I/O端子与布线板上相应的电极焊盘实现电气连接。这样，可以在有限的面积内，布置更多的端子，从而满足高密度封装中引脚窄节距化的要求。倒装焊微连接中的关键技术是在原芯片Al布线电极区形成凸点，其中焊料凸点最为普遍。为达到凸点与Al及钝化层有良好的黏附性，又要防止凸点金属与Al之间的元素扩散，一般先在凸点下制备多层金属化层，即UBM(under bump metallization)。典型的粘附金属有Ti、Cr、TiN等，它们必须同芯片上电极形成足够强的粘附。典型的阻挡金属有W、Mo、Ni、Cu等，作为阻挡层，能有效阻挡因元素扩散而生成脆性化合物。典型的接连层有Au、Cu、Pd等，它们应该与焊料合金良好的可焊性能。同样，焊料凸点同基板上金属布线焊盘连接时，也需要基板焊盘的金属化，即TSM(topside metallization)。在一般的BGA(ball grid array)封装中，将芯片封装体实装到印刷电路板上，也需要在印刷电路板上制备与焊料球连接的金属化层。

在微电子连接过程中，过去一般使用共晶锡铅焊料，其中37％是铅。全世界每年约有20,000吨的铅作为焊料使用。若这些含铅的电子产品被废弃和掩埋后，合金中的铅会逐渐被自然环境中的水溶液腐蚀、溶解、扩散和富集，最终对自然环境、土壤、天然水体及其动植物生物链造成不可恢复的环境污染。由此人们开始寻找锡铅焊料的替代品，目前主要集中在锡银、锡铜及锡银铜上，这几种焊料的熔点都较传统的锡铅焊料高出30-40℃。若这些无铅焊料作为凸点材料，当它们与凸点下或者焊盘金属层液态反应时，则需要更高的回流温度。在这种高温度条件下的回流工艺过程中，则会使金属化层与焊料反应速率加快，液态焊料与金属化层发生反应时，则容易使金属化层被快速消耗掉，使其失去应有的功能。

此外，在固态扩散过程中，界面化合物层迅速生长，厚的脆性化合物以及产生的柯肯达尔孔洞都将严重影响连接体的可靠性。此外，在封装体的使用过程中，由于器件与电路板材料的热不匹配，将会使连接体处于热循环应力场，从而导致连接体发生疲劳失效。

发明内容

鉴于上述现有技术的实际情况，本发明的目的在于提供一种可焊性良好的微电子封装中焊料凸点/金属化(过渡)层连接结构体及其应用，解决现有技术中存在的无铅焊料与金属化层连接时，容易使金属化层被快速消耗掉，使其失去应有的功能，以及连接体发生疲劳失效等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种微电子封装中焊料凸点/金属化层连接结构体，该连接结构体为焊料凸点与金属化层连接而成，金属化层为铁、镍、钴元素共沉积的合金层，铁重量百分比范围为59-69％，镍重量百分比范围为31-41％，其余为钴；焊料为熔点相对较高的锡-银或者锡-银-铜系无铅焊料合金。

所述的微电子封装中焊料凸点/金属化层连接结构体，金属化层中，铁重量百分比优选范围为60-65％，镍重量百分比优选范围为32-35％，钴重量百分比优选范围3-8％。

所述的微电子封装中焊料凸点/金属化层连接结构体，焊料成份中，银重量百分比范围为1-4％，铜重量百分比范围为0-3％，其余为锡。

所述的微电子封装中焊料凸点/金属化层连接结构体的应用，在导电基体表面，或者在导电薄膜覆盖的非导电基体表面电镀或化学镀一层铁镍钴合金；焊料通过用焊膏模板印刷方式或者置球方式定位，然后经回流后形成结构体。