一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法.pdf

本发明公开一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法。该工艺方法包括：对准、加压及批量加热三个步骤。该方法的优点在于可以根据实际需要选用铟、金等多种材料制作焊点，简化了焊点制备工艺，降低了对焊点形貌一致性的要求，同时也克服了回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖。此外，数十片或数百片批量的倒装回熔焊有效地提高了生产效率。

1.  一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
1)首先在室温下对待倒焊样品进行对准；
2)对待倒焊样品施加一定的压力，其中力的选取根据红外焦平面器件的面积，通常不大于50kg；
3)将待倒焊样品依次转移至加热装置中同时进行加热，升温速率在20℃/min～40℃/min，最终温度在200℃～270℃；保持10～15分钟。

2.  根据权利要求1所述的一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法，其特征在于：所述的待倒焊样品的互连结构是铟球、铟柱或没有焊料凸点的接触压点。

3.  根据权利要求1所述的一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法，其特征在于：所述加热装置是热板或者退火炉。

一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法
技术领域
本发明涉及微电子封装领域中的倒装焊，具体涉及一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法。
背景技术
倒装芯片(flip-chip)工艺是上世纪60年代由IBM公司提出的一种封装互连技术，但三十年后其才获得足够的重视发展起来。倒装芯片技术是将芯片有源区面对基板，通过芯片上成阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连，相比引线键合(wire bonding)方式其互连长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了封装器件的电性能，显然，这种互连方式能够提供更高的输入/输出密度，倒装占有面积计划与芯片大小一致，在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
目前，倒装芯片技术广泛应用于系统级芯片(SOC)和系统级封装(SOP)产品中。与传统引线键合工艺相比，倒装芯片工艺具有许多明显优点，表现在优越的电学及热学性能，更高的集成度，封装线条更小等。倒装芯片工艺有以下几种实现形式(General Flip Chip Die Bonding Processes,Henry Chou,10^thAnnual International KGD Packaging and Test Workshop,Sept.8-10,2003)：
1)冷压焊，要求常温下能达到200kg的力且保证互连样品共面性好，主要应用在焦平面、探测器、传感器器件中；
2)热压焊，在高温下依靠金属互扩散实现低电阻率高强度的互连，主要应用在射频(RF)器件中；
3)黏附式，要求高精度的对准，在半导体和光电子中应用；
4)回熔焊，需要保护性气氛且焊点材料熔点低；
5)超声/超声热焊，要求高频率的摩擦，精度在±5～10μm，应用于不能承受高温且输入/输出数量较少的器件。
目前红外焦平面器件仍然采用成熟的冷压焊工艺。但是随着红外焦平面器件面积的增大，焊点数量的增加，已经很难达到焊点上0.1g/10μm²力的要求。此外，焊点能够经受的冷热循环次数N_f跟焊点的剪切力大小相关，具体表示为(J.T Jiang,S.Tsao,T.O’Sullivan,M.Razeghi,and G.J.Brown,Infrared Physicsand Technology,45,2004,p143.)：
Nf≈12(Δγ0.65)-2=12(0.65hLΔαΔT)2]]>
其中，h为焊点高度，L是焊点到焦平面中心的距离，Δα是焦平面与电路热膨胀系数之差，ΔT是冷热循环的温度变化范围。对于材料既定的焦平面和电路，Δα和L是固定的。在同样的ΔT下，提高焊点的高度可以增加焊点经受冷热循环的次数N_f。因而，回熔焊特别是回熔提拉技术成为很多研究者的课题。之前的回熔报道基本都需要借助还原性气氛，比如氢气、蚁酸(Ch.Broennimann,F.Glaus,J.Gobrecht,S.Heising,M.Horisberger,R.Horisberger,H.C.Kastli,J.Lehmann,T.Rohe,and S.Streuli,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,565,2006,p303.)等，提高了实现回熔焊技术的门槛。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于红外探测器的批量倒装回熔焊工艺方法，克服回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖问题，并且显著提高生产效率。
本发明的技术路径如附图1所示，其中待倒焊样品的互连结构是铟球，铟 柱或者没有焊料凸点的接触压点。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加一定压力，其中力的选取根据红外焦平面器件的面积，通常不大于50kg；然后将样品依次转移至加热装置中同时进行加热，升温速率在20℃/min～40℃/min，最终温度在200℃～270℃，保持10～15分钟。加热装置是热板或者退火炉，整个过程对气氛无特殊要求。
本发明的优点在于可以根据实际需要选用铟、金等多种材料制作焊点，简化了焊点制备工艺，降低了对焊点形貌一致性的要求，同时也克服了回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖。此外，数十片或数百片批量的倒装回熔焊有效地提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的技术路线图。
图2是批量倒装回熔焊后其中一个红外探测器扫描电子显微镜剖面图。
具体实施方式
实施案例1
将待倒焊样品的铟柱都制作成铟球，用于批量倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加从0kg到15kg阶梯式增加的压力；紧接将样品依次转移到敞开的热板上，以25℃/min的升温速率到达在200℃，并保持15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。
实施案例2
将待倒焊样品的铟柱都制作成铟球，用于批量倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加从0kg到15kg阶梯式增加的压力；紧接将样品依次转移到敞开的热板上，以25℃/min的升温速率到 达在220℃，并保持15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。
附图2是批量倒装回熔焊后其中一个红外探测器扫描电子显微镜剖面图，从图中可以看出倒焊两样品的铟球连接部位形成“腰”，证明两铟球很好的熔合在一起，连接成功。
实施案例3
将待倒焊样品的铟柱都制作成铟球，用于批量倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加从0kg到15kg阶梯式增加的压力；紧接将样品依次转移到敞开的热板上，以25℃/min的升温速率到达在270℃，并保持15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。