技术摘要：
本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤：a)对基板上的焊盘进行氧化处理，使焊盘表面形成金属氧化物层；b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的条件下，将步骤a)所得基板上的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。本发明在超声波焊接之前，先 全部
背景技术：
打线键合(又称压焊或丝焊)技术是集成电路芯片与封装结构之间电路互连最常 用的方法，打线键合技术主要有超声波键合、热压键合、热超声笔键合三种，通过上述键合 技术将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫(pad)上面形成电路 互连。 随着集成电路产业的不断发展和进步，芯片的单片集成度越来越高、功耗越来越 大，对于封装技术的要求也越来越高，使封装技术不断向小型化、高密度化，高集成度化和 多脚化的趋势快速发展。单芯片的封装技术也先后经历了双列直插式封装、小型方块平面 封装、球栅阵列封装、倒装芯片封装等等一系列的发展过程。在封装技术的不断地发展和进 步的过程中，超声波焊接作为一种可以在较低温度下进行、对于芯片损伤较小的一种焊接 方式被越来越多的应用在打线键合以及倒装芯片互连等等领域中。在倒装芯片的键合过程 中，超声波焊接技术辅助的倒装芯片键合实现了在较低温度下的倒装芯片键合。 超声波焊接是指通过超声波发生器将低频电流转换成高频电能，被转换的高频电 能通过换能器再次转换成同等频率的机械运动，随后这些高频的机械运动通过一套可以改 变振幅的变幅装置传递到焊头，焊头将接受到的振动能量传递到待焊接工件的结合部，在 该区域，一方面摩擦产生的热量会使金属温度上升，另一方面接触的待焊接工件材料在摩 擦力的作用下发生了强烈的塑性流动，为纯净金属表面之间的接触创造了条件，而结合区 域的温升以及高频振动，则又进一步造成了金属晶格上原子的受激活状态，因此，当有共价 键性质的金属原子互相接近到以纳米计的距离时，就有可能通过公共电子形成了原子间的 电子桥，即实现了所谓金属键合过程。 目前，利用超声波焊接技术的超声波辅助倒装芯片键合工艺中，一般是先在芯片 的焊盘上制作钎料凸点(或称“焊球”)，在基板表面制作焊盘，芯片上的焊球与基板的焊盘 一一对应，参见图1，图1为现有技术中芯片与基板的结构示意图。然后将基板放入盐酸无水 乙醇的溶液中清洗5s，之后再将基板和芯片放入无水乙醇和丙酮溶液等体积配比的溶液中 超声清洗30s，以此来清洗钎料凸点和金属焊盘上的氧化物以及有机物的杂质；随后放置并 调整好基板、芯片以及焊头的位置，调整好工艺参数进行焊接。 然而，现有技术采用溶液清洗的方式在焊接工艺之前对芯片和基板进行预处理， 一方面会浪费时间和材料，工业使用时需要再添加后续的废液处理装置，提高制作成本；另 一方面这些废液会在焊球和焊盘上有一定的残留，会影响到键合的可靠性。在此基础上，一 些改进的工艺在焊接过程中通入还原性气体，利用还原性气体还原焊球和焊盘表面的金属 氧化物，使整个焊接过程中金属氧化物含量保持在较低范围，减小焊接表面的金属氧化物 对焊接的影响，从而提高焊接可靠性。然而，该方法的改善效果欠佳，并不能有效提高焊接 可靠性和焊接效率。 3 CN 111584377 A 说 明 书 2/8 页
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声波焊接方法，本发明提供的制备方法 能够有效提高焊接可靠性和焊接效率。 本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤： a)对基板上的焊盘进行氧化处理，使焊盘表面形成金属氧化物层； b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的条件下，将步骤a)所得基板上 的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。 优选的，所述步骤a)中的金属氧化层通过以下方式获得： a1)在基板上除焊盘以外的其它部位设置保护材料； a2)将步骤a1)所得基板在含氧气体氛围下，加热至250℃以上，氧化4～8小时，在 焊盘表面形成金属氧化物层。 优选的，所述含氧气体的含氧量在95％以上，且含氧气体中不包含还原性气体成 分。 优选的，所述步骤b)中，含还原性甲酸的气体中，甲酸的气体流量在38sccm以上。 优选的，所述步骤b)中，超声波焊接的振动频率为15～25KHz，振幅为8～12μm，焊 接功率为650～750W，焊接时间为1～5s。 优选的，所述步骤b)中，超声波焊接在180～210℃的温度条件下进行。 优选的，所述步骤b)中，所述加压的条件为：使焊接面的压强≥0.2MPa。 优选的，所述步骤b)中，在所述超声波焊接后，还包括保温保压处理。 优选的，所述含还原性甲酸的气体为甲酸气体，或为甲酸与氢气； 所述焊盘为铜焊盘；所述焊球为无铅钎料。 优选的，所述含还原性甲酸的气体中，甲酸气体为经Pt催化后的甲酸气体。 本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤：a)对基板上的焊盘进行氧化 处理，使焊盘表面形成金属氧化物层；b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的 条件下，将步骤a)所得基板上的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。本发明 在超声波焊接之前，先对焊盘进行氧化处理，在待焊接的金属表面预氧化一层金属氧化物， 在超声波焊接时，利用持续通入的甲酸气体还原金属表面的氧化物，使表面金属氧化层在 还原过程中还原出大量的金属微纳米颗粒，这些颗粒有利于在超声波焊接的过程中的待焊 接表面的接触，同时在超声波能量作用下这些金属颗粒易于发生塑性流动，有利于待焊接 面的表面形变，因而可以有效地提高焊接的效率，提高了焊接的可靠性。同时这种方法有效 地利用了金属表面原有的氧化物，规避了金属表面原有的金属氧化物对于焊接的可靠性的 影响，避免了在焊接之前对于金属表面氧化物的处理。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 图1为现有技术中芯片与基板的结构示意图； 4 CN 111584377 A 说 明 书 3/8 页 图2为本发明氧化阶段的流程示意图； 图3为本发明焊接前操作中芯片压至焊盘前的示意图； 图4为本发明焊接前操作中芯片压至焊盘上的示意图； 图5为本发明超声波焊接阶段的示意图； 图6为本发明超声波焊接后处理中保温保压阶段的示意图； 图7为本发明超声波焊接后处理中卸压阶段的示意图。
本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤：a)对基板上的焊盘进行氧化处理，使焊盘表面形成金属氧化物层；b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的条件下，将步骤a)所得基板上的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。本发明在超声波焊接之前，先 全部
背景技术：
打线键合(又称压焊或丝焊)技术是集成电路芯片与封装结构之间电路互连最常 用的方法，打线键合技术主要有超声波键合、热压键合、热超声笔键合三种，通过上述键合 技术将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫(pad)上面形成电路 互连。 随着集成电路产业的不断发展和进步，芯片的单片集成度越来越高、功耗越来越 大，对于封装技术的要求也越来越高，使封装技术不断向小型化、高密度化，高集成度化和 多脚化的趋势快速发展。单芯片的封装技术也先后经历了双列直插式封装、小型方块平面 封装、球栅阵列封装、倒装芯片封装等等一系列的发展过程。在封装技术的不断地发展和进 步的过程中，超声波焊接作为一种可以在较低温度下进行、对于芯片损伤较小的一种焊接 方式被越来越多的应用在打线键合以及倒装芯片互连等等领域中。在倒装芯片的键合过程 中，超声波焊接技术辅助的倒装芯片键合实现了在较低温度下的倒装芯片键合。 超声波焊接是指通过超声波发生器将低频电流转换成高频电能，被转换的高频电 能通过换能器再次转换成同等频率的机械运动，随后这些高频的机械运动通过一套可以改 变振幅的变幅装置传递到焊头，焊头将接受到的振动能量传递到待焊接工件的结合部，在 该区域，一方面摩擦产生的热量会使金属温度上升，另一方面接触的待焊接工件材料在摩 擦力的作用下发生了强烈的塑性流动，为纯净金属表面之间的接触创造了条件，而结合区 域的温升以及高频振动，则又进一步造成了金属晶格上原子的受激活状态，因此，当有共价 键性质的金属原子互相接近到以纳米计的距离时，就有可能通过公共电子形成了原子间的 电子桥，即实现了所谓金属键合过程。 目前，利用超声波焊接技术的超声波辅助倒装芯片键合工艺中，一般是先在芯片 的焊盘上制作钎料凸点(或称“焊球”)，在基板表面制作焊盘，芯片上的焊球与基板的焊盘 一一对应，参见图1，图1为现有技术中芯片与基板的结构示意图。然后将基板放入盐酸无水 乙醇的溶液中清洗5s，之后再将基板和芯片放入无水乙醇和丙酮溶液等体积配比的溶液中 超声清洗30s，以此来清洗钎料凸点和金属焊盘上的氧化物以及有机物的杂质；随后放置并 调整好基板、芯片以及焊头的位置，调整好工艺参数进行焊接。 然而，现有技术采用溶液清洗的方式在焊接工艺之前对芯片和基板进行预处理， 一方面会浪费时间和材料，工业使用时需要再添加后续的废液处理装置，提高制作成本；另 一方面这些废液会在焊球和焊盘上有一定的残留，会影响到键合的可靠性。在此基础上，一 些改进的工艺在焊接过程中通入还原性气体，利用还原性气体还原焊球和焊盘表面的金属 氧化物，使整个焊接过程中金属氧化物含量保持在较低范围，减小焊接表面的金属氧化物 对焊接的影响，从而提高焊接可靠性。然而，该方法的改善效果欠佳，并不能有效提高焊接 可靠性和焊接效率。 3 CN 111584377 A 说 明 书 2/8 页
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声波焊接方法，本发明提供的制备方法 能够有效提高焊接可靠性和焊接效率。 本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤： a)对基板上的焊盘进行氧化处理，使焊盘表面形成金属氧化物层； b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的条件下，将步骤a)所得基板上 的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。 优选的，所述步骤a)中的金属氧化层通过以下方式获得： a1)在基板上除焊盘以外的其它部位设置保护材料； a2)将步骤a1)所得基板在含氧气体氛围下，加热至250℃以上，氧化4～8小时，在 焊盘表面形成金属氧化物层。 优选的，所述含氧气体的含氧量在95％以上，且含氧气体中不包含还原性气体成 分。 优选的，所述步骤b)中，含还原性甲酸的气体中，甲酸的气体流量在38sccm以上。 优选的，所述步骤b)中，超声波焊接的振动频率为15～25KHz，振幅为8～12μm，焊 接功率为650～750W，焊接时间为1～5s。 优选的，所述步骤b)中，超声波焊接在180～210℃的温度条件下进行。 优选的，所述步骤b)中，所述加压的条件为：使焊接面的压强≥0.2MPa。 优选的，所述步骤b)中，在所述超声波焊接后，还包括保温保压处理。 优选的，所述含还原性甲酸的气体为甲酸气体，或为甲酸与氢气； 所述焊盘为铜焊盘；所述焊球为无铅钎料。 优选的，所述含还原性甲酸的气体中，甲酸气体为经Pt催化后的甲酸气体。 本发明提供了一种超声波焊接方法，包括以下步骤：a)对基板上的焊盘进行氧化 处理，使焊盘表面形成金属氧化物层；b)在含还原性甲酸的气体条件下和对焊接面加压的 条件下，将步骤a)所得基板上的焊盘与芯片上的焊球进行超声波焊接，得到焊接件。本发明 在超声波焊接之前，先对焊盘进行氧化处理，在待焊接的金属表面预氧化一层金属氧化物， 在超声波焊接时，利用持续通入的甲酸气体还原金属表面的氧化物，使表面金属氧化层在 还原过程中还原出大量的金属微纳米颗粒，这些颗粒有利于在超声波焊接的过程中的待焊 接表面的接触，同时在超声波能量作用下这些金属颗粒易于发生塑性流动，有利于待焊接 面的表面形变，因而可以有效地提高焊接的效率，提高了焊接的可靠性。同时这种方法有效 地利用了金属表面原有的氧化物，规避了金属表面原有的金属氧化物对于焊接的可靠性的 影响，避免了在焊接之前对于金属表面氧化物的处理。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 图1为现有技术中芯片与基板的结构示意图； 4 CN 111584377 A 说 明 书 3/8 页 图2为本发明氧化阶段的流程示意图； 图3为本发明焊接前操作中芯片压至焊盘前的示意图； 图4为本发明焊接前操作中芯片压至焊盘上的示意图； 图5为本发明超声波焊接阶段的示意图； 图6为本发明超声波焊接后处理中保温保压阶段的示意图； 图7为本发明超声波焊接后处理中卸压阶段的示意图。
