はんだはアルミパッドに接合せず、銅パッドには破壊的に拡散し、酸化した表面からははじかれます。アンダーバンプメタルはこの3つの問題を数百ナノメートルのスタックで解決し、完成した接合部の信頼性メカニズムはすべてこのスタックを通ります。
最初の数十ナノメートルが、そもそも密着するかどうかを決めます。チタンまたはクロムがパッド金属と周囲のパッシベーションに化学的に結合し、フリップチップ実装のせん断・熱サイクル荷重に対してバンプ全体を固定します。UBMフットプリントは意図的にパッシベーション開口部にオーバーラップさせ、パッドエッジを封止して、はんだと水分がパッド周縁に到達しないようにします。
溶融はんだは保護されていないパッド金属を1回のリフローで消費し、接合部が最も強度を必要とする場所に脆い金属間化合物を形成します。バリア層がその反応を止めます。フォトニクス・極低温分野のAuSn・インジウムの下にはプラチナが標準、SnAgの下にはニッケルが主力、スパッタエッチングルートにはTiWです。バリア厚はお客様のはんだ化学と実装フローのリフロー回数に合わせて設計します。
最上層の金は2つの役割を持ちます：当社の成膜からお客様のボンディングまでの間バリアを酸化から保護し、はんだ接触時にはんだに溶け込んで即座にフラックスフリー対応の濡れを実現します。はんだは金がある場所だけを濡らすため、パターニングされたUBMフットプリントがリフロー後のバンプ径とスタンドオフ形状を定義します。UBM開口部そのものがバンプ設計です。
同じスタックは2通りの方法で作れます。正しい選択はスタック中の金属・下地のトポグラフィ・ウェーハの次工程で決まります。エンジニアがルートをご提案し、どちらのルートでも検査済み・はんだ実装可能な同じ結果を納品します。
リフトオフレジストプロファイルでパターニングしたウェーハに、Eビームまたは抵抗加熱蒸着でスタック全層を1回の真空引きで成膜し、レジストを溶解して開口部にのみUBMを残します。これはバンピングにおけるリフトオフの最大用途です：はんだ自体を別工程でめっきする場合でも、その下のTi/Pt/AuやCr/Auは蒸着リフトオフで作られることが非常に多いのです。プラチナには実用的なウェットエッチングが存在しないため、Pt系スタックをきれいにパターニングできる唯一のルートでもあります。エッチング液がパッドに触れることはなく、フットプリントは±0.5µmの位置合わせ精度でレジスト開口部により決まり、全層が真空を破らずに成膜されるため界面は清浄なままです。
スタック（代表例はTiW/Au）をウェーハ全面にスパッタ成膜し、リソグラフィでパターニングした後、フィールド金属をエッチングで除去します。スパッタはパッシベーションエッジやトポグラフィに対して優れたステップカバレッジを持ち、全面成膜した膜は次工程が電解めっきはんだやCuの場合、そのままめっきシード層を兼ねます。UBMとシードが1回の成膜で済むルートです。
正しいスタックは、その上に載るはんだ・下のパッド・接合部が経験する熱履歴で決まります。下記の層厚は代表的な開始点で、はんだ化学・リフロー回数・ボンディング方式に合わせてプロジェクトごとに調整します。全スタックとも成膜前その場クリーニング付きで1回の真空引きで成膜します。
III-V族・フォトニクス・極低温分野の標準。PtバリアはAuSnとインジウムの下で完全に安定。当社バンプフローとレーザーダイアタッチの下地スタックです。
AlまたはCuパッド上のSnAg・C4系はんだ接合の主力。複数回リフロー予算には厚めのNi。無電解Niの代替は当社めっきラインで対応します。
Au-Au熱圧着・ワイヤボンド・研究デバイス上のインジウムバンプ・溶融はんだが関与しないコンタクト向けのシンプルな2層スタックです。
スパッタエッチングルートの定番。トポグラフィにコンフォーマルで堅牢なバリア。全面膜がそのまま電解めっきはんだ・Cuのシード層になります。
UBMは仕上げ工程のように見えて、設計レイヤーとして振る舞います。完成した接合部の性能は3つの管理項目で決まります：フットプリント形状・バリア設計・その下のコンタクトです。
はんだは金を濡らし、そのエッジで止まります。パターニングされたUBM径がリフロー後のバンプ径・スタンドオフ高さ・ピッチ能力を決めます。リフトオフルートで開口部は~5µmまで、位置合わせ±0.5µm、パッシベーションへのオーバーラップは設計ルールに従って設定。UBM径の不整合は後工程で修正できないため、ラン開始前にはんだ量に対してバンプレイアウトをレビューします。
すべてのはんだは固有の速度でバリア金属を消費し、リフローのたびにさらに消費します。バリアはお客様のはんだ化学と実装シーケンスに合わせて設計します：AuSn・インジウムの下にはPt、SnAgの下にはリフロー回数に応じた厚さのNi、スパッタルートにはTiW。1回のリフローに耐えるスタックと5回に耐えるスタックは別物です。だから当社は実装フローを先に伺います。
アルミパッドは数分で自然酸化膜を形成し、その酸化膜の上に成膜したUBMは不安定でドリフトするコンタクトになります。当社の前処理は成膜チャンバー内で行われます：密着層が着膜する直前にスパッタエッチングまたはイオンミリングで酸化膜を除去するため、界面は一度も大気に触れません。デバイスが要求する場合は、ウェーハと並走処理する接触抵抗クーポンで結果を検証します。
多くのバンプラインは自社バンプ製品の内部でしかUBMを成膜しません。当社はUBMを独立した納品物として出荷します。業界の多くが必要としているのは、まさにそれだからです。
UBM仕上げ済みで、お客様のはんだを待つだけのウェーハを納品します：お客様のラインまたは当社めっきフローでの電解SnAg・Cuピラー、はんだボール搭載、ペースト印刷、プリフォームアタッチ。スパッタルートでは全面TiW/Auがそのままめっきシードを兼ね、当社でめっきする場合はめっき後のフィールド金属除去まで同一フローに含まれます。お客様のバンピングプロセスに直接投入できるウェーハをお届けします。
同じスタックは、はんだが続かない場合の最終メタライゼーションとしても機能します：Au-Au熱圧着・極低温ハイブリッド実装用のAu表面、ワイヤボンド・スタッドバンプ対応パッド、ACF/ACPアタッチ、プローブパッド、気密リッド用シールリングフレーム。デバイスの完成形が清浄でボンディング可能な金表面なら、それを実現するのがこのサービスです。
| パラメータ | 蒸着 + リフトオフ | スパッタ + エッチング |
|---|---|---|
| ウェーハサイズ | 4インチ（100mm）· 6インチ（150mm）· 8インチ（200mm）· 12インチ（300mm） | |
| 基板 | Si・CMOS ROICウェーハ・InP・GaAs・ガラス・サファイア（その他はリクエストで） | |
| パッド金属 | Al・Cu・Auパッド · RDLトップメタル | |
| 標準スタック | Ti/Pt/Au · Ti/Ni/Au · Cr/Au | TiW/Au |
| カスタムスタック | Ti/Cu・NiV・Pd仕上げなど（リクエストで） | |
| 成膜方式 | Eビーム・抵抗加熱蒸着 | スパッタ |
| スタック総厚 | 0.2〜1µm 標準（より厚くはリクエストで） | |
| 膜厚管理 | 水晶振動子モニター | |
| 最小UBM開口 | ~5µm 標準（より微細はリクエストで） | ~10µm 標準 |
| アライメント精度 | ±0.5µm（ステッパー） | ±1µm |
| 前処理 | 成膜前その場スパッタエッチング / イオンミリング | |
| パターニング | リフトオフ | リソグラフィ + ウェット / ドライエッチング |
| めっきシード機能 | なし | あり（全面膜がシードを兼用） |
| 対応はんだ | AuSn・In・SnAg・極低温In系合金 · ワイヤボンドとAu-Au熱圧着仕上げ | |
| 検査 | 密着テープ試験が標準 · スタッドプル・シェア・接触抵抗クーポンはリクエストで | |
| 無電解の代替 | ENIG / ENEPIGを当社めっきラインで対応 | |
| 最低ロット | 1枚から - 同一レシピで試作から量産まで | |
AuSnの下のTi/Pt/Auは、レーザーダイオードアタッチ・PICフリップチップ・気密フォトニクスパッケージの標準メタラジーです。Ptバリアは共晶AuSnの下でリフローと実装寿命を通じて完全に安定し、Au表面が光学実装でのフラックスフリー濡れを実現します。
インジウムバンプの下地としてROIC・検出器ウェーハにUBMを成膜。常温圧接・熱圧着ハイブリッド実装用のAu仕上げにも対応します。CMOS読み出しと量子ビット回路が要求する厳しい熱予算の範囲内で成膜し、微細ピッチFPAアレイにパッド位置合わせします。
GaAs・InP・GaN・SiC上のコンタクト・アタッチメタライゼーション：MMICボンドパッド、共晶メタラジー向けダイアタッチ前処理、プローブパッド。ウェットエッチング選択性が常に問題となるIII-V族ウェーハでは、蒸着リフトオフがネイティブなパターニングルートです。
アルミまたは銅パッド上のTi/Ni/Auが、標準CMOSウェーハをSnAgフリップチップ・C4系実装に対応させます。バリア厚は実装シーケンスのリフロー回数に合わせてスケールし、パッシベーションオーバーラップがパッドエッジを封止して信頼性を確保します。
再配線層の上の最終レイヤーとしてのUBM：ファンイン・ファンアウトウェーハレベルパッケージのはんだ付け可能な終端、RDL銅上のボールドロップ・めっきバンプの着地金属。当社RDL製造フローの自然な最終工程として実施します。
はんだが関与しない場面でのボンディング可能なAu表面：トップメタルがボンディング不可のデバイスへのワイヤボンドパッド、Auスタッドバンプの土台、ディスプレイ・センサーモジュールでの異方性導電フィルム（ACF）・ペーストアタッチ用パッド仕上げ。
デバイス外周にパターニングしたTi/Pt/Auフレーム：気密MEMS・フォトニクス・極低温パッケージにおけるAuSn・インジウムシールリングのはんだ付け可能な土台です。フレームとパッドのUBMを同一ランで成膜するため、シールとインターコネクトのメタラジーが一致します。
大学・企業R&D向けの1枚からのUBMラン：ボンディング可能な表面を必要とする新デバイスコンセプト、1枚のウェーハ上の混載ダイ、プロセス開発ロット。同じレシピが再認定なしで最初の試作から量産までプロジェクトを運びます。
多くのバンプラインは自社バンプ製品の内部でしかUBMを成膜しません。当社はUBM単体のウェーハを出荷します - お客様がめっきするはんだの下地、搭載するボールの下地、または最終コンタクト金属として。独立した納品物として検査・文書化されます。
蒸着リフトオフとスパッタエッチングの両方が利用可能。スタックはお客様のはんだとトポグラフィで選ばれ、ラインがたまたま持っている装置で決まることはありません。Pt系はリフトオフ、シード兼用ジョブはスパッタ。理由もお伝えします。
パッド酸化膜は成膜直前にチャンバー内でスパッタエッチングまたはイオンミリングにより除去され、密着界面は一度も大気に触れません。それが、一度測って終わる接触抵抗と、永遠に格闘する接触抵抗の違いです。
どのはんだがスタックに載るのか、その後何回リフローするのか、実装温度は何度か。それを伺ってからバリアを設計します。スタックはデータシートのコピーではなく、お客様の実装フローに合わせて設計されます。
リソグラフィ・成膜・めっき・AuSnとインジウムのバンプサービスが、専任プロジェクトマネージャーのもとで1つのプロセスフローとして進行します。UBMは単独納品物にも、完全なバンピングプログラムの第一工程にもなります。
単一ウェーハでUBMを試作し、密着・膜厚・接触抵抗を量産にコミットする前に確認できます。同じレシピが試作データをベースラインとして量産にスケールします。再認定は不要です。
UBMスタック・開口サイズ・パッド金属・後工程のはんだ・数量をお知らせください。エンジニアが24時間以内にご返信いたします。