《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》是北京時代民芯科技有限公司、北京微電子技術研究所於2014年12月26日申請的專利，該專利申請號為2014108278918，公布號為CN104576414A，公布日為2015年4月29日，發明人是趙元富、姚全斌、李京苑、練濱浩、熊盛陽、黃穎卓、姜學明、田玲娟、林鵬榮。
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》提供一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，包括：將電路烘乾；放入真空塗覆機中抽真空處理；裝入塗覆材料並加熱；對電路進行真空塗覆；填充環氧樹脂。經上述處理後，在封裝結構的焊點表面、晶片下表面、以及基板上表面均塗覆有塗覆材料，該薄膜大大提高了倒裝焊封裝結構的耐潮濕防護性能，並提高了焊點強度。這種工藝主要套用於非氣密性倒裝焊電路封裝工藝中，可保障非氣密性倒裝焊電路防護的完整性，並能得到良好均勻性的防護層。
2021年6月24日，《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。
（概述圖為《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN104576414A
- 公布日：2015年4月29日
- 申請號：2014108278918
- 申請日：2014年12月26日
- 申請人：北京時代民芯科技有限公司、北京微電子技術研究所
- 發明人：趙元富、姚全斌、李京苑、練濱浩、熊盛陽、黃穎卓、姜學明、田玲娟、林鵬榮
- 地址：北京市豐臺區東高地四營門北路2號
- 代理機構：中國航天科技專利中心
- 代理人：莊恆玲
- Int. Cl.：H01L21/56(2006.01)I
技術背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
技術背景
倒裝焊工藝是一種晶片正面向下的直接互連工藝，首先在晶片的金屬焊盤上製作金屬凸點，然後將晶片的有源面朝下，使晶片上的凸點與基板上的金屬焊盤對準，通過加熱或加壓使晶片和基板形成穩定可靠的機械連線和電氣連線。採用倒裝焊工藝可以使二維互連密度達到最大，同時，由於金屬焊盤可以放置在晶片的整個表面，因此在同樣面積的晶片上，與常規引線鍵合工藝相比，金屬焊盤的密度和數量可以得到極大的提高，並且由於大大縮短了信號傳輸路徑，使得倒裝焊具有優良的電性能和可靠性。
傳統倒裝焊封裝採用非氣密性封裝結構，使倒裝焊晶片暴露在空氣中，並且倒裝焊的底部填充材料是一種環氧樹脂類材料，在長期存放過程中，空氣中的水分子具有很強的滲透能力，其能通過高分子間隙滲入到封裝體內部。通過不同材料的界面上聚集有水分子，會引起界面分層。另外，如果水分子聚集到倒裝焊點處，會引起化學腐蝕和短路問題，無法滿足倒裝焊電路長期防潮、耐腐蝕的要求。如圖2所示，傳統的倒裝焊封裝結構包括晶片1以及與該晶片1連線的基板2。晶片1具有上表面和與上表面相對的下表面。晶片1的下表面與基板2的上表面通過焊點3連線。該倒裝焊封裝結構還包括覆蓋於晶片1下表面、焊點3表面以及基板2上表面的填充膠4，該填充膠採用環氧樹脂材料。
但上述倒裝焊封裝結構在外部環境處於高濕的情形下，水汽易從填充膠4處滲入內部，引起倒裝焊焊點腐蝕，最終影響電路性能。
發明內容
專利目的
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的專利目的是：克服技術背景中的不足，提供一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，以提高倒裝焊電路的防潮、防腐蝕能力。
技術方案
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》包括以下步驟：
（1）將經倒裝焊處理後的電路烘乾；
（2）將經步驟（1）處理後的倒裝焊電路放入真空塗覆機中進行抽真空處理，使得真空塗覆機的真空室內的真空度為15±2毫托；
（3）將塗覆材料裝入真空塗覆機的裂解室內，對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到該塗覆材料的裂解溫度；
（4）打開裂解室的閥門，使經步驟（3）處理後的塗覆材料進入真空腔，並沉積在倒裝焊電路表面，在沉積過程中，真空室內的真空度應控制在50±2毫托，真空室內的溫度應為30±5攝氏度；當真空室內的真空度降至15±2毫托時，關閉裂解室的閥門；
（5）對經上述步驟處理後的倒裝焊電路進行環氧樹脂的填充，實現防護層隔離環氧樹脂的目的。
優選地，所述塗覆材料採用全氟代聚對二甲苯，所述步驟（3）中對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到670攝氏度。優選地，在執行步驟（5）之前，對經步驟（4）完成塗覆的倒裝焊電路的塗覆層厚度進行測試，如果經測試，最厚塗覆層與最薄塗覆層的厚度差值在±1微米範圍內，則認為塗覆合格；否則，調整真空腔室內的真空度，直到塗覆層厚度差滿足要求為止。
改善效果
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》具有如下有益效果：
（1）該發明針對傳統非氣密性倒裝焊電路耐潮濕防護能力不足進行改進，通過對倒裝焊電路進行防護處理，提高了電路耐潮、耐腐蝕的能力；
（2）該發明通過對倒裝焊電路進行防護處理，在晶片下表面、基板上表面、焊點表面增加一層薄膜，可以有效提高焊點的強度；
（3）該發明通過對倒裝焊電路進行防護處理，可以提高非氣密性倒裝焊電路的耐潮濕能力；
（4）該發明適用於非氣密性倒裝焊封裝工藝。
附圖說明
圖1為根據《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的方法的流程圖；
圖2為實施《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的倒裝焊耐潮濕防護工藝前的倒裝焊封裝結構示意圖；
圖3為實施完《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的倒裝焊耐潮濕防護工藝後的封裝結構示意圖。
技術領域
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》屬於防護技術領域，具體涉及一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，適用於倒裝焊封裝工藝過程。
權利要求
1、《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）將經倒裝焊處理後的電路烘乾；
（2）將經步驟（1）處理後的倒裝焊電路放入真空塗覆機中進行抽真空處理，使得真空塗覆機的真空室內的真空度為15±2毫托；
（3）將塗覆材料裝入真空塗覆機的裂解室內，對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到該塗覆材料的裂解溫度；
（4）打開裂解室的閥門，使經步驟（3）處理後的塗覆材料進入真空腔，並沉積在倒裝焊電路表面，在沉積過程中，真空室內的真空度應控制在50±2毫托，真空室內的溫度應為30±5攝氏度；當真空室內的真空度降至15±2毫托時，關閉裂解室的閥門；
（5）對經上述步驟處理後的倒裝焊電路進行環氧樹脂的填充，實現防護層隔離環氧樹脂的目的；處理後的耐潮濕倒裝焊封裝結構包括晶片（10）以及該晶片（10）連線的基板；其中，該晶片（10）包括上表面、與上表面相對的下表面、設定在晶片（10）下表面、基板（11）上表面的焊點（12）；該倒裝焊封裝結構還包括覆蓋於晶片（10）下表面、焊點（12）表面和基板（11）上表面的防護薄膜（14），薄膜（14）隔離焊點（12）與填充膠（13），該填充膠採用環氧樹脂材料。
2、如權利要求1所述的倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，其特徵在於，所述塗覆材料採用全氟代聚對二甲苯，所述步驟（3）中對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到670攝氏度。
3、如權利要求1所述的倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，其特徵在於，在執行步驟（5）之前，對經步驟（4）完成塗覆的倒裝焊電路的塗覆層厚度進行測試，如果經測試，最厚塗覆層與最薄塗覆層的厚度差值在±1微米範圍內，則認為塗覆合格；否則，調整真空腔室內的真空度，直到塗覆層厚度差滿足要求為止。
實施方式
操作內容
以下結合附圖和具體實施例對根據《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的倒裝焊耐潮濕防護工藝方法做進一步詳細的說明。
圖2示出了實施該發明的方法之前的倒裝焊封裝結構的狀態，該圖也示出了傳統的倒裝焊封裝結構。如圖所示，經過此種封裝處理之後，在晶片1的下表面、焊點3表面以及基板2上表面都填充有填充膠4。如果處於高濕的環境下，水汽易從填充膠4處滲入內部，引起倒裝焊焊點腐蝕，最終影響電路性能。該發明即針對此種倒裝焊電路耐潮濕防護能力不足進行改進，通過對倒裝焊電路進行防護處理，提高電路的耐潮、耐腐蝕的能力。
具體地，如圖1所示，根據該發明的方法包括以下步驟：
（1）將經倒裝焊處理後的電路烘乾；
（2）將經步驟（1）處理後的倒裝焊電路放入真空塗覆機中進行抽真空處理，使得真空塗覆機的真空室內的真空度為15±2毫托；
（3）將塗覆材料裝入真空塗覆機的裂解室內，對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到該塗覆材料的裂解溫度；
（4）打開裂解室的閥門，使經步驟（3）處理後的塗覆材料進入真空腔，並沉積在倒裝焊電路表面，在沉積過程中，真空室內的真空度應控制在50±2毫托，真空室內的溫度應為30±5攝氏度；當真空室內的真空度降至15±2毫托時，關閉裂解室的閥門；
（5）對經上述步驟處理後的倒裝焊電路進行環氧樹脂的填充，實現防護層隔離環氧樹脂的目的。
該發明的倒裝焊耐潮濕防護工藝方法，通過將圖2所示的倒裝焊封裝形式的電路進行烘乾，然後將電路放置於真空塗覆機中，抽真空，真空度達到15±2毫托；將塗覆材料裝入真空塗覆機的裂解室內，對塗覆材料進行加熱，使其溫度達到該塗覆材料的裂解溫度；打開裂解室內的閥門，使塗覆材料進入真空腔室，沉積在置物架上的倒裝焊電路表面，沉積過程中將真空腔室內的真空度控制在50±2毫托內，真空腔室內的溫度為30±5攝氏度；當真空腔室內的真空度降至15±2毫托時，關閉裂解室的閥門，完成塗覆。最後，對完成防護的倒裝焊電路進行環氧樹脂的填充，實現防護層隔離環氧樹脂的目的。在沉積過程中控制真空腔室溫度在30±5攝氏度時，有助於塗覆分子沉積在被塗覆物體上；控制真空腔室的真空度在15±2毫托時，有利於保證塗覆層的均勻性和緻密性。
經該發明的工藝方法處理後的封裝結構如圖3所示。處理後的耐潮濕倒裝焊封裝結構包括晶片10以及該晶片10連線的基板11。其中，該晶片10包括上表面、與上表面相對的下表面、設定在晶片10下表面、基板11上表面的焊點12。該倒裝焊封裝結構還包括覆蓋於晶片10下表面、焊點12表面和基板11上表面的防護薄膜14，薄膜14隔離焊點12與填充膠13，該填充膠採用環氧樹脂材料。
經過該發明的工藝方法處理之後，在晶片的下表面、基板的上表面以及焊點表面與環氧樹脂之間便形成了氣相沉積的聚合物薄膜，此薄膜大大提高了非氣密性倒裝焊封裝結構的耐潮濕防護性能，並提高了焊點強度。這種工藝主要套用於非氣密性倒裝焊電路封裝工藝中，首先根據電路外形尺寸進行工裝（該工裝可由該領域技術人員根據實際需要進行相應的設定，在此不做限定）設計，將需要進行防護處理的部位裸露在外，使用可氣相沉積的聚合物進行表面防護，通過控制防護材料的重量和預置過程中腔室的真空度來實現非氣密性倒裝焊防護工藝。這種工藝方法可保障非氣密性倒裝焊電路防護的完整性，並能得到良好均勻性的防護層。
優選地，塗覆材料採用全氟代聚對二甲苯，於此對應，所述步驟（3）中對塗覆材料進行加熱，其加熱溫度應達到670攝氏度。
優選地，根據實際需要的塗覆層厚度，可以在執行步驟（5）之前，對經步驟（4）完成塗覆的倒裝焊電路的塗覆層厚度進行測試，如果經測試，最厚塗覆層與最薄塗覆層的厚度差值在±1微米範圍內，則認為塗覆合格，如果厚度差大於±1微米，可以調整真空腔室內的真空度，直到塗覆層厚度差滿足要求。
實施案例
《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》實施例：
步驟（一）、採用2060型真空塗覆機，首先將倒裝焊電路烘乾，然後將其裝入2060型真空塗覆機的真空腔室，抽真空，使其真空度達到15毫托；
步驟（二）、將全氟代聚對二甲苯裝入2060型真空塗覆機的裂解室內；對全氟代聚對二甲苯進行加熱，使其溫度達到670攝氏度；打開裂解室內的閥門，使全氟代聚對二甲苯材料通過擴散導管進入真空腔室，沉積在置物架上的積體電路表面，沉積過程中，將真空腔室內的真空度控制在50±2毫托內，真空腔室內的溫度為30攝氏度；
步驟（三）、當真空腔室內的真空度降至15毫托時，關閉裂解室的閥門，完成塗層的蒸鍍。
對塗覆完成的倒裝焊電路塗覆層厚度進行測試，測試設備為DEKTAK6M型台階儀，測得到絕緣膜層厚度差為0.7微米（即最厚膜層與最薄膜層之差）。證明經上述處理後的塗覆層厚度合格。
步驟（四）、對經上述步驟處理後的倒裝焊電路進行環氧樹脂的填充，實現防護層隔離環氧樹脂的目的。
對經上述處理後的封裝結構進行耐濕測試，測試方法參照GJB548-2005，測得到倒裝焊電路耐濕時間已達3000小時，並且電路無質量問題。
由上述實施例可知，該發明採用真空塗覆的方法，通過在晶片下表面、焊點表面以及基板上表面塗覆防護薄膜，之後再填充環氧樹脂材料，保證了處理後的封裝結構的耐潮濕效果。塗覆薄膜具有良好的絕緣、耐濕性。該發明的工藝方法適用於不同規格的非氣密性倒裝焊電路，因此，可以在相關領域廣泛套用。
在此，需要說明的是，該說明書中未詳細描述的內容，是該領域技術人員通過該說明書中的描述以及現有技術（截至2014年12月26日）能夠實現的，因此，不做贅述。
以上所述僅為《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》的優選實施例，並非用來限制該發明的保護範圍。對於該領域的技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，可以對該發明做出若干的修改和替換，所有這些修改和替換都應涵蓋在該發明的保護範圍之內。
榮譽表彰
2021年6月24日，《一種倒裝焊耐潮濕防護工藝方法》獲得第二十二屆中國專利金獎。
