MicroFab為半導(dǎo)體制造行業(yè)開發(fā)出了先進(jìn)的焊料沉積系統(tǒng)，Solder Jet焊料噴射技術(shù)是基于壓電按需模式的噴墨打印技術(shù)，能夠以每秒2000次的速度放置直徑為25-125μm的熔化焊料滴，不僅將芯片封裝中復(fù)雜的8步凸點(diǎn)工藝精簡(jiǎn)至1步工藝，且打印精度高，擁有可觀的成本優(yōu)勢(shì)。
MicroFab使用噴墨打印技術(shù)在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方面有*多的應(yīng)用前景，能夠制作各種各樣以及定制化的電子器件。打印可使用的材料包括光學(xué)粘合劑、紫外光固化膠、指數(shù)調(diào)節(jié)熱塑性配方材料和其他特殊粘合劑。MicroFab高溫噴墨打印噴頭可在高達(dá)240°C的溫度下打印粘合材料。通過(guò)改變工藝參數(shù)，可以打印出尺寸從10微米到幾毫米的點(diǎn)陣、線、面，精度可達(dá)1微米。噴墨打印的優(yōu)點(diǎn)是打印的位置，單次打印量以及墨水在整個(gè)區(qū)域的分布都能夠做到精確控制。噴墨打印的精密可控性能夠使其應(yīng)用于探索更多的領(lǐng)域：
1）MEMS以及小型平板顯示器玻璃上密封的薄而窄的結(jié)合線；4）醫(yī)療設(shè)備、曲面、MEMS組件需要非接觸式粘合，以防止損壞或者污染器件；5）需要在同一個(gè)部件上打印導(dǎo)電和不導(dǎo)電連接的應(yīng)用；由于IC芯片的集成度越來(lái)越高，尺寸越來(lái)越小，倒裝焊技術(shù)在封裝工藝上得到廣泛應(yīng)用。芯片倒裝的英文名稱為Flip Chip，即讓芯片的接觸點(diǎn)與基板、載體、電路板相連，在相連的過(guò)程中，由于芯片的凸點(diǎn)是朝下連接，因此稱為倒裝。在典型的倒裝芯片封裝中, 芯片通過(guò)3到5個(gè)密耳（mil）厚的焊料凸點(diǎn)連接到芯片載體上，底部填充材料用來(lái)保護(hù)焊料凸點(diǎn)。芯片中的凸點(diǎn)金屬化是為了將半導(dǎo)體中P-N結(jié)的性能引出，其中熱壓倒裝芯片連接最合適的凸點(diǎn)材料是金，凸點(diǎn)可以通過(guò)傳統(tǒng)的電解鍍金方法生成，或者采用釘頭凸點(diǎn)方法，后者就是引線鍵合技術(shù)中常用的凸點(diǎn)形成工藝。凸點(diǎn)工藝是倒裝芯片封裝中重要的工序之一，以工業(yè)中典型的焊料凸點(diǎn)工藝為例，如下圖所示；傳統(tǒng)的焊料凸點(diǎn)工藝需要經(jīng)過(guò)光刻，刻蝕，回流焊等8步工藝，不僅工藝復(fù)雜，而且成本較高。應(yīng)用MicroFab的Solder Jet技術(shù)只需要1步就能完成凸點(diǎn)工藝，不僅效率高，而且能夠大大降低生產(chǎn)成本。MicroFab為電子制造行業(yè)開發(fā)出了先進(jìn)焊料沉積設(shè)備，其Solder Jet焊料噴射技術(shù)是基于壓電按需模式來(lái)噴墨打印，能夠產(chǎn)生直徑為25-125μm，每秒2000次的熔化焊料滴。基于焊料噴射的沉積是低成本的（不需要工具）、非接觸的、靈活的和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的（不需要光刻刻蝕或掩模，因?yàn)榇蛴⌒畔⒅苯佑蒀AD設(shè)計(jì)，并以數(shù)字方式存儲(chǔ)），并且是環(huán)境友好的（這是一個(gè)沒(méi)有副產(chǎn)物的增材制造過(guò)程）。
▲ 圖2 Solder Jet焊料噴墨打印在集成電路上的應(yīng)用實(shí)例。整個(gè)電路中有1440個(gè)焊點(diǎn)，焊點(diǎn)的直徑為70μm。
目前倒裝芯片工藝中使用的焊料凸點(diǎn)（solder bump）通常在100微米左右，隨集成電路的小尺寸，高密度的發(fā)展，對(duì)于倒裝技術(shù)的焊料凸點(diǎn)尺寸會(huì)越來(lái)越小。MicroFab研發(fā)團(tuán)隊(duì)在硅片上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估噴墨打印技術(shù)對(duì)小尺寸凸點(diǎn)的適用性。如下圖3所示：
▲ 圖3 用Solder Jet焊料噴射技術(shù)在晶圓上沉積的φ25μm的Sn63Pb37 bumps 陣列
實(shí)驗(yàn)中，為了使焊料噴射能夠?qū)崟r(shí)打印，打印頭以每秒200滴的速度和2mm/s的運(yùn)動(dòng)速度在未形成圖案的基板上以恒定的速度進(jìn)行打印。結(jié)果如圖4所示。惰性環(huán)境的有效性由沉積凸起的圓點(diǎn)來(lái)證明：在飛行和撞擊過(guò)程中形成大量氧化物的液滴由于傾斜撞擊而呈淚滴狀。這些實(shí)驗(yàn)以高達(dá)100mm/s的襯底速度重復(fù)進(jìn)行，性能沒(méi)有顯著下降。▲ 圖4 利用Solder Jet焊料噴射技術(shù)在晶圓上沉積的每秒產(chǎn)生200滴的φ70μm的Sn63Pb37 bumps
MicroFab團(tuán)隊(duì)還開發(fā)出了新的無(wú)鉛噴墨打印技術(shù)，用于制造高密度IC封裝。皮升級(jí)的焊料（直徑小于25μm）可在高達(dá)240℃的高溫下進(jìn)行打印。設(shè)備利用數(shù)字化驅(qū)動(dòng)擁有更高的集成度，更低的成本和更高的靈活性。MicroFab團(tuán)隊(duì)還將Solder Jet技術(shù)應(yīng)用在3D封裝上，并提出了一套完整的解決方案，如圖5所示，芯片與芯片之間完全用Solder Jet技術(shù)來(lái)鍵合。Solder Jet技術(shù)潛在的應(yīng)用包括：集成電路封裝，芯片級(jí)封裝，光電互聯(lián)和印刷電路板制備。焊料可以每秒超過(guò)2000個(gè)bumps打印在基板上，相關(guān)的垂直通孔也可以進(jìn)行打印。
▲ 圖5 Solder Jet技術(shù)在3D封裝上的應(yīng)用示意圖▲ 圖6 MicroFab的Solder Jet工藝在IC上的應(yīng)用，焊球的直徑在25-125μm之間。
資料來(lái)源：美國(guó)MicroFab公司
