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晶圆凸块(Bumping)与 UBM 工艺

SnAg / SAC / AuSn 焊球凸块、铜柱凸块、Au 钉头凸块全覆盖,配套 Ti/Cu/Ni/Au 系列 UBM 层,最小凸块间距 80μm,服务倒装芯片与晶圆级封装项目。

服务介绍

凸块(Bumping)是芯片与基板之间的 I/O 与机械连接点,UBM(Under Bump Metallization)承担粘附、扩散阻挡与润湿三重功能。我们提供 SnAg / SAC / AuSn 焊球凸块、铜柱凸块与 Au 钉头凸块,配套 Ti/Cu、Ti/Ni/Au、TiW/Cu 等 UBM 体系,最小凸块间距 80μm。

晶圆尺寸 4–8 英寸常规覆盖,来料或我方供片均可;凸块与 RDL 重布线同线配套,可一次光刻一套交付,减少界面污染。晶圆级封装与倒装应用可参考 RDL / 凸块先进封装方案。

晶圆表面铜柱与焊料微凸块阵列(显微镜下)

焊球、铜柱、AuSn 与钉头凸块全覆盖,最小间距 80μm

应用场景

倒装芯片(Flip Chip)

焊球 / 铜柱凸块实现芯片面朝下互连,缩短互连路径,是处理器与高端 ASIC 封装的基本形态。

光电子与射频

AuSn 共晶凸块适配激光器、探测器的气密封装与高频互连,热导与可靠性优于常规焊料。

HBM 与 Chiplet

细间距微凸块(Cu/Ni/SnAg)用于 HBM 堆叠与 Chiplet 互连,兼容热压键合(TCB)与批量回流。

晶圆级封装(WLP)

在晶圆上完成凸块与重布线,实现器件级封装小型化,衔接 RDL 与介质工艺。

科研小批量

研发批按整片或几片起做均可,Au 钉头凸块无需掩膜版,启动成本最低,适合快速验证。

能力介绍

凸块与 UBM 的选型、精度与可靠性验证要点如下:

  • 最小凸块间距(pitch)80 μm,铜柱方案可至 60 μm(按项目评估)
  • 晶圆尺寸 4–8 英寸常规覆盖,来料或我方供片均可
  • 凸块高度均匀性片内 ±5%,随批提供高度与剪切力抽测数据
  • 与 RDL 重布线同线配套,一次光刻一套交付

细间距微凸块与质量验证

微凸块(Micro-Bump)

  • 材料体系 Cu/Ni/SnAg,间距约 10–55μm,凸块直径约 5–25μm;
  • 电镀成型、片内高度均匀性受控,兼容热压键合(TCB)与批量回流;
  • 用于 HBM 堆叠、Chiplet 与转接板集成,可与 TSV、RDL同线衔接;
  • 更细间距、无凸点互连转 混合键合方案。

质量与可靠性

  • 外观 AOI 全检、剖面抽检评估润湿与界面形貌;
  • 凸块高度均匀性片内约 ±5%,剪切力抽测随批提供;
  • 环境可靠性(温度循环、HAST、高温存储、机械冲击)按 JEDEC/MIL-STD 方法;
  • 与 RDL / 凸块先进封装方案配套,服务倒装与扇出封装。
晶圆凸块外观与检测示意

凸块高度均匀性、剪切力与外观数据随批交付

细间距微凸块与质量验证

外观 AOI 全检、剖面抽检评估润湿与界面形貌;凸块高度均匀性片内约 ±5%,剪切力抽测随批提供,兼容热压键合(TCB)与批量回流。

参数规格

凸块类型与选型

凸块类型材料体系典型尺寸特点与场景
焊球凸块(Solder Bump)SnAg3.5 / SAC305高度 50–100 μm回流焊接,倒装芯片主流方案,无铅合规
AuSn 共晶凸块Au80Sn20高度 10–30 μm共晶温度 280℃,免助焊剂,光电子与气密封装首选
铜柱凸块(Cu Pillar)Cu 柱 + SnAg 焊帽柱径 20–60 μm细间距、高电流、散热好,先进封装主流
Au 钉头凸块(Stud Bump)99.99% Au球径 25–75 μm免 UBM 电镀流程,低成本快速验证与小批量

UBM 层结构与能力

UBM 结构各层功能适配凸块备注
Ti / CuTi 粘附 + Cu 润湿导电铜柱、焊球经济型,常规倒装应用
Ti / Ni / AuNi 扩散阻挡 + Au 抗氧化AuSn 共晶、焊球可靠性高,光电与军规常用
TiW / CuTiW 阻挡更佳焊球、铜柱抑制铜扩散,寿命要求高的场景
Cr / Ni / AuGaAs/InP 衬底常用体系AuSn、Au 钉头化合物衬底配套,详见 GaAs / InP 衬底

补充 UBM 体系与微凸块

UBM 结构各层作用适配凸块 / 场景
Ti / Ni / CuNi 阻挡抑制 Sn-Cu 金属间化合物生长焊球、铜柱;高电流、高温可靠性
Cr / Cu / AuAu 帽层支持免电镀的 Au 钉头/金球RF、MEMS、光电封装
TiW / Au耐高温扩散,Au 面可打线、抗氧化GaAs 等化合物半导体
化学镀 Ni/Au(ENIG)直接在裸 Al/Cu 焊盘选择性沉积,无需溅射/光刻焊球、钉头;成本敏感、较宽间距
Al / NiV / Cu在 Al 焊盘上直接成膜,兼容晶圆厂工艺焊球、铜柱;免去额外焊盘开窗

在线凸块设计器

拖动参数实时预览凸块截面与晶圆布局,自动按工艺窗口限位(直径 / 高度 / 间距 / 长径比),一键下载 PDF 规格书。完整版工具见 凸块晶圆设计器。

设备与工艺装备

按 UBM、凸块成型与检测环节配置对应设备,仅列类别与用途,不涉及具体品牌:

设备类别典型配置用途
光刻与图形化设备匀胶机 / 光刻机 / 显影设备UBM 与凸块模具图形化
UBM 沉积设备PVD 溅射台 / 化学镀设备Ti/Cu、Ti/Ni/Au 等 UBM 层沉积
电镀设备电镀凸块设备(Cu/Ni/SnAg/Au)铜柱、焊球与微凸块电镀成型
回流设备回流炉焊球回流成型与润湿
检测设备AOI 外观检测 / 剪切力测试 / 轮廓仪 / 剖面 SEM凸块外观、高度与可靠性验证

实际案例

倒装封装

铜柱凸块 + Ti/Cu UBM 配套

处理器封装项目采用铜柱凸块配 Ti/Cu UBM,与 RDL 同线完成,随批提供高度均匀性与剪切力抽测数据。

凸块高度均匀性与界面形貌满足倒装互连要求。

光电子

AuSn 共晶凸块气密封装

激光器/探测器项目采用 AuSn 共晶凸块,配合 Ti/Ni/Au UBM,实现免助焊剂的气密互连。

共晶焊接气密性好,界面润湿经剖面抽检确认。

科研原型

Au 钉头凸块快速验证

科研项目采用 Au 钉头凸块,免掩膜版与 UBM 电镀流程,启动成本低、交付周期短。

快速完成互连验证,后续可转入铜柱或焊球路线放量。

常见问题

UBM 和凸块必须一起做吗?
建议一起做:UBM 沉积后若长期暴露在空气中,表面状态会影响凸块结合质量。分段委托时我们会给出两工序间的保存与清洁规范。
最小 pitch 能做到多少?
常规量产能力 80μm pitch;铜柱凸块方案可评估至 60μm。更细间距属于混合键合范畴,可参考混合键合方案。
可以在化合物衬底(GaAs / InP)上做凸块吗?
可以,UBM 换用 Cr/Ni/Au 等适配体系,工艺温度预算按衬底耐温重新设计,请提供衬底规格与已有电极结构。
小批量验证怎么收费?
研发批按整片或几片起做均可,Au 钉头凸块无需掩膜版、启动成本最低,适合快速验证;电镀类凸块涉及掩膜与工装,首次有工程费用,批量后摊薄。
化学镀 Ni/Au(ENIG)和溅射 UBM 有什么区别?
溅射 UBM(如 Ti/Cu、TiW/Cu)精度与可控性好,适合细间距与铜柱;化学镀 Ni/Au 直接在裸露的 Al/Cu 焊盘上选择性沉积,无需溅射与光刻,设备与工序成本更低,适合成本敏感、间距较宽的焊球/钉头凸块。按间距与可靠性要求选择。
微凸块(micro-bump)能做多细?
微凸块采用 Cu/Ni/SnAg 体系,可视项目评估至约 10–55μm 间距、凸块直径约 5–25μm,兼容热压键合(TCB)与批量回流,用于 HBM、Chiplet 等 2.5D/3D 堆叠;更细间距的无凸点互连见 混合键合方案。
凸块的可靠性怎么验证?
按应用约定做环境可靠性测试(温度循环、HAST 湿热、高温存储、机械冲击等,参照 JEDEC/MIL-STD 方法),并配套外观 AOI、剖面抽检、剪切力测试与电性连续性测试,结果随批说明。
都有哪些凸块类型,该怎么选?
提供 SnAg / SAC 焊球、AuSn 共晶、铜柱与 Au 钉头凸块。焊球适合倒装主流;铜柱细间距、高电流;AuSn 适配光电气密;Au 钉头无需掩膜,适合快速验证。
支持多大晶圆?可以来料吗?
常规覆盖 4–8 英寸晶圆,来料加工或我方供片均可。来料请提供焊盘材料、间距与已有膜层,便于工程师确认 UBM 体系。
凸块高度一致性和检测项目有哪些?
凸块高度片内均匀性约 ±5%,随批提供高度与剪切力抽测数据;外观 AOI 全检、剖面抽检评估润湿与界面形貌。

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