什么是先进封装中的Bumping

Hello，大家好，今天我们来聊聊什么是先进封装中的Bumping？

Bumping：凸块，或凸球，先进封中的基础工艺。

Bumping，指的是在晶圆切割成单个芯片之前，于基板上形成由各种金属制成的“凸块”或“凸球”。晶圆凸块为倒装芯片或板级半导体封装的重要组成部分，已成为当今消费电子产品互连技术的标准。凸块在管芯和衬底之间提供比引线键合更短的路径，以改善倒装芯片封装的电气、机械和热性能。 倒装芯片互连可减少信号传播延迟，提供更好的带宽，并缓解功率分配的限制。

不同类型的凸块材料，其互连方法有所不同。凸块按照材料成分来区分，主要 包括以铜柱凸块（Cu Pillar）、金凸块（Au Bump）、镍凸块（Ni Bump）、铟凸块（In Bump）等为代表的单质金属凸块和以锡基焊料为代表的焊料凸块（Solder Bump）及聚合物凸块等。凸块互连相关技术包括材料选择、尺寸设计、凸块制造、互连工艺 及可靠性和测试等。不同的凸块材料，其加工制造方法各不相同，对应的互连方法和互连工艺中的焊（黏）接温度也不尽相同。

晶圆凸块技术制作过程复杂，需要清洗、溅镀、曝光、显影、电镀去胶、蚀刻和良品测试等环节，其对应材料需求为清洗液、靶材、电镀液、光刻胶、显影液、 蚀刻液等。主要的工艺步骤如下：

1.采用溅射或其他物理气相沉积的方式在晶圆表面沉积一层钛或钛钨作为阻挡层，再沉积一层铜或其他金属作为后面电镀所需的种子层。在沉积金属前，晶圆先进入溅射机台的预清洁腔体，用氩气等离子去除焊盘金属表面的氧化层。

2.在晶圆表面旋涂一定厚度的光刻胶，并运用光刻曝光工艺，以改变其在显影液中的溶解度。光刻胶与显影液充分反应后，得到设计所需的光刻图形。

3.晶圆进入电镀机，通过合理控制电镀电流、电镀时间、电镀液液流、电镀液温度等，得到一定厚度的金属层作为UBM（Under Bump Metallization，凸点下 金属化层）。在有机溶液中浸泡后，圆片表面的光刻胶被去除；再用相应的腐蚀液去除晶圆表面UBM以外区域的溅射种子层和阻挡层。

4.在植球工序中，需要用两块开有圆孔的金属薄板作为掩模板，位置与晶圆表面UBM的位置相对应。在植球前，先用第1块金属掩模板将助焊剂印刷到UBM 表面；再用第2块金属掩模板将预成型的锡球印刷到UBM上；

5.晶圆经过回流炉使锡球在高温下熔化，熔化的锡球与UBM在界面上生成金属间化合物，冷却后锡球与UBM形成良好的结合。

采用电镀的方式也可以得到焊球凸块，即在电镀UBM完成后，接着电镀焊料； 去除光刻胶和腐蚀溅射金属后，经过回流，得到焊球凸块。电镀方式也是铜柱凸块和金凸块加工的常用方法。

凸块（bumping）工艺流程的主要8个步骤（来源华进半导体）电子器件向更轻薄、更微型和更高性能进步，促使凸块尺寸减小，精细间距愈 发重要。凸块间距（Bump Pitch）越小，意味着凸点密度增大，封装集成度越高，难度越来越大。行业内凸点间距正在朝着20μm推进，而实际上巨头已经实现了小于 10μm 的凸点间距。如果凸点间距超过 20μm，在内部互连的技术上采用基于热压键合（TCB）的微凸块连接技术。面向未来，混合键合（HB）铜对铜连接技术可以 实现更小的凸点间距（10μm以下）和更高的凸点密度（10000个/mm2），并带动带宽和功耗双提升。随着高密度芯片需求的不断扩大带来倒装需求的增长，Bumping 的需求将不断提升，相关材料需求也将不断提升。