半导体行业中的溅镀、化镀、电镀工艺-易镀表面处理

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晶圆级封装是当下热门的半导体先进封装技术，能把芯片做得更小、性能更好。溅镀、化学镀、电镀是里面三种核心金属成膜工艺，作用各不相同。下面用通俗的话，讲清楚它们的原理、特点，还有在 UBM、RDL、TSV 这些芯片结构里分别用来做什么。

#晶圆级封装#晶圆级封装（Wafer Level Packaging, WLP）是半导体先进封装技术中的关键步骤，具有提升芯片性能、缩小封装尺寸和降低功耗的优势。在晶圆级封装过程中，溅镀、化镀和电镀是实现金属连接层的重要工艺。

今天咱们来解析这些工艺的原理及应用。

01、溅镀

溅镀是一种物理气相沉积（PVD）技术，通过高速氩离子轰击靶材，将金属原子溅射到晶圆表面形成薄膜。该工艺在晶圆级芯片封装（WLCSP）和倒装芯片（Flip Chip）封装中用于形成凸点下金属层（UBM，Under Bump Metallurgy），这是连接焊料凸点与芯片电极之间的关键结构。UBM 通常由多层金属薄膜组成：

1、黏附层：通常采用钛或钛钨材料，增强金属与晶圆表面的粘合性。

2、载流层：常用铜薄膜，提供电子传导路径。

3、扩散阻挡层：采用镍或镍钼合金，防止焊料与金属之间的相互扩散，确保焊接的可靠性和焊点稳定性。

UBM是确保Flip chip封装的质量和可靠性的重要环节。薄膜可由由钛(黏附层)、铜 (载流层)和镍 (阻挡层)组成，优势在于其薄膜厚度可控、均匀性好，适用于复杂图形的精确沉积，尤其在RDL（重布线层）和WLCSP等封装工艺中，用于形成精细的导线结构和焊盘。

02、化学镀

一般称为化学镀 (Chemical plating)，也称无电镀 (Electro-less Plating), 是利用自催化化学反应在晶圆表面形成金属镀层的工艺，不需要外部电流驱动。常见的化镀材料包括镍金（Ni/Au）和镍钯金（Ni/Pd/Au），广泛用于 I/O 垫的表面镀层，以提升焊接性和抗氧化性能。

化镀工艺的关键优势在于：
- 成本低：与高真空溅镀和光刻工艺相比，化镀设备简单，材料成本更低。
- 工艺兼容性强：能够在多种基材上实现均匀镀层，适合复杂的芯片封装要求。
- 镀层平滑且均匀：能够改善封装的机械强度和焊接可靠性，特别适用于传统线键合技术的 OPM 层以及 WLCSP 封装的UBM 制备。

03、电镀

电镀是一种通过电化学反应在晶圆表面沉积金属的技术，其核心在于电流驱动电解液中的金属离子还原并附着到晶圆上，形成高密度的金属层。电镀在晶圆级封装中发挥着关键作用，尤其适用于以下结构的制备：

-硅通孔（TSV, Through Silicon Via）：通过电镀填充导电金属，为芯片之间的垂直互联提供低电阻通道。

-铜柱和凸点（Bump on Pad, BOP）：为倒装芯片封装提供连接界面，确保电气性能稳定。

-重布线层（RDL）：用于重新分配芯片的 I/O 焊区，优化信号路径。

影响电镀质量的因素包括：
- 电流密度：直接影响镀层的致密性和均匀性。
- 温度控制：温度变化会影响金属离子的沉积速度和结晶形态。
- 电解液组成：溶液中的金属离子浓度、添加剂种类等会影响最终镀层的特性。

04、意义溅镀、化镀和电镀是晶圆级封装中至关重要的金属沉积技术，各自发挥独特功能，支持先进封装工艺的高集成度与高性能要求。通过优化这些工艺，半导体封装技术不断提升，为多芯片和异质集成提供了坚实的基础。

溅镀、化镀、电镀相辅相成，撑起晶圆级封装的金属互联。想要芯片稳定可靠，就要按结构需求选对工艺，把控好薄膜均匀度、结合力等指标。持续优化这几项沉积工艺，才能更好满足高密度、异质集成这类先进芯片封装的发展需求。