mems器件倒装芯片封装中的柔性化凸点制备技术及其应用

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要微机电系统(MEMS)是信息化革命之后出现的最新一轮新技术浪潮。倒装芯片技术将成为MEMS器件封袈的一个很好选择，但是将普通IC封装中的倒装芯片标准工艺直接运用到MEMS上存在着许多困难，本论文的主题正是MEMS芯片上柔性化的凸点制备技术。因为Al焊盘表面无法发生钎焊过程，在其上制备焊料凸点之前必须先在Al上沉积～层特殊的过渡层，称为凸点下金属层(UnderBumpMetallurgy，UBM)。文中对Ni．P／Cu双金属层结构的UBM的化学镀沉积工艺进行了讨论，详细研究了这种UBM的表面形貌和钎焊性能。实验结果证明，锌化时间过短会造成UBM沉积不完整，时间

2、过长会造成焊盘残缺，Al表面原始粗糙度大、Ni．P镀层含磷量低都会导致UBM的表面不平整，化学镀Cu后，钎焊在UBM上的润湿面积增大，润湿角减小，表明UBM的钎焊性能得到了提高。文中讨论了两类MEMS芯片上凸点制备技术。第一类被称为间接性凸点制备，先在玻璃基片上预制好凸点，然后再转移到芯片上；第二类为直接制备技术，通过焊膏滴注和回流直接在芯片焊盘上形成凸点。针对第一类技术，论文研究了玻璃基片上模板印刷焊膏法。实验结果表明，要得到大小均匀的凸点，印刷模板的开口直径最少必须达到焊粉平均粒径的7倍以上，模板的厚度不应低于焊粉平均粒径的4倍，焊粉的粒径分布范围应尽可能的小，粒径超大的焊粉数量应

3、尽可能的少。本文提出了一种独创的MEMS芯片凸点批量转移方法。它通过各向异性腐蚀技术在si上加工出许多大小不一的V型微坑，以实现与MEMS芯片的贴合，以及在转移过程中对凸点的固定。在本文的最后部分，作为两个应用实例，讨论了柔性化凸点制各技术在压力传感器和玻璃假芯片上的实现过程。对压力传感器芯片上的凸点进行剪切破坏试验结果表明，断裂主要发生在凸点与UBM之间金属间化合物富集的部位，属于典型的韧性断裂，未发现UBM与A1脱离的现象，证明凸点结构内各层结合紧密，结合强度达到要求。关键词：MEMS封装，倒装芯片，化学镀UBM，焊料凸点制备，凸点转移I华中科技大学硕士学位论文AbstractMi

4、croElectroMechanicalSystems(MEMS)arethelatesttechnologywavebehindtheinformationrevolutionFlipChipTechnologycouldbeagoodchoiceforMEMSpackagingWhereasthestandardizedF1ipChipprocessisnotsuitableforMEMSpackaging．ThisthesisfocusesontheflexiblebumpingtecbalologyforMEMSdie．AstheA1padofMEMSdieisnotsolde

5、rable，thespecialunderbumpmetal(UBM)layerneedstObedepositedonA1padbeforebumping．ThcprocessofdepositingNi—P／CuUBMonAIpadbyelectrolessplatingisdisused．MorphologiesandsolderabilityoftheUBMareinvestigated．ExperimentalinvestigationsshowthatthemorphologyofUBMisdeterminedbythetimeofzincation，phosphoms—c

6、ontentofNi—Player,andtheroughnessoftheA1pad，theCulayerenhancesthesolderabilityofUBM．TwotypesofprocessesareselectedforMEMSdiebumping．111efirsttypeisaso—calledindirectprocess．ThesolderballsarefabricatedonglassfirstandthenaretransferredtOthepadsondie．Thesecondtypeisadirectprocess．Thesolderbailsaref

7、abricatedonpadsdirectlybysolderpastedispensingandreflowing．Screen-printingprocessisemployedtofabricatethesolderballsduringthefirsttypeofbumpingprocess．Designoftheprintingstencilandtheparticlesizeofthesolderpastearediscussed．