[發明專利]用加強冷卻方法在晶粒-基板焊接過程降低精密半導體裝置的金屬堆棧中的機械應力

有效

• 申請號: 201110084656.2
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102248240A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: M·格里爾貝格爾;M·萊爾;R·吉丁格凱特
• 申請（專利權）人: 格羅方德半導體公司;格羅方德半導體德累斯頓第一模數有限責任及兩合公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K35/22;B23K3/00;H01L21/60
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;胡冰

1.一種組合半導體晶粒與封裝基板的方法，所述方法包括：

加熱包括所述半導體晶粒與所述封裝基板的組合裝置至高于焊接材料的熔點溫度，所述焊接材料是形成在所述封裝基板的接觸結構與所述半導體晶粒的接觸結構之間；

使用第一冷卻間隔，用以起始所述焊接材料的固化；

在使用所述第一冷卻間隔之后，使用至少一中間加熱步驟；以及

在所述至少一中間加熱步驟之后，使用第二冷卻間隔。

2.如權利要求1所述的方法，其中所述焊接材料是無鉛焊接材料。

3.如權利要求1所述的方法，其中使用至少一中間加熱步驟包括在所述第一冷卻間隔之后，進行第一加熱步驟，使用第三冷卻間隔，以及在所述第三冷卻間隔之后，進行第二加熱步驟。

4.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一中間加熱步驟的工藝時間少于所述第一與第二冷卻間隔中的每一個冷卻間隔。

5.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一中間加熱步驟的工藝溫度低于所述熔點溫度。

6.如權利要求1所述的方法，其中所述半導體晶粒包括金屬化系統，所述金屬化系統包括低k介電材料。

7.一種方法，包括：

回流半導體晶粒的接觸結構與封裝基板的接觸結構之間的焊接材料，形成組合半導體裝置；

冷卻所述半導體裝置至環境溫度，使得所述回流的焊接材料固化；以及

主動控制所述冷卻，減少所述組合半導體裝置的中心與周圍之間的溫度差。

8.如權利要求7所述的方法，其中主動控制所述冷卻包括熱耦合所述組合半導體裝置至熱儲存器，熱儲存器提供局部變化溫度通過所述組合半導體裝置。

9.如權利要求7所述的方法，其中所述主動控制所述冷卻包括引導熱媒介噴口至所述組合半導體裝置的局部受限區域。

10.如權利要求9所述的方法，其中引導熱媒介噴口包括引導所述噴口至所述組合半導體裝置的中心區域，其中所述噴口具有較低溫度作為所述中心區域的目前溫度。

11.如權利要求7所述的方法，其中主動控制所述冷卻包括暫時耦合所述組合半導體裝置的至少一周圍區域與溫度儲存器，所述溫度儲存器的溫度高于所述周圍區域的目前溫度。

12.如權利要求11所述的方法，其中暫時耦合至少一周圍區域與溫度儲存器包括局部引導熱媒介的噴口與放射光束至少其中之一至所述周圍區域。

13.如權利要求11所述的方法，其中暫時耦合至少一周圍區域與溫度儲存器包括直接接觸所述周圍區域與加熱組件。

14.如權利要求11所述的方法，其中暫時耦合至少一周圍區域與溫度儲存器包括耦合所述組合半導體裝置與所述溫度儲存器成為一體。

15.如權利要求11所述的方法，其中暫時耦合至少一周圍區域與溫度儲存器包括耦合所述組合半導體裝置與所述溫度儲存器達10秒或更短的時間間隔。

16.如權利要求7所述的方法，其中所述焊接材料是無鉛焊接材料。

17.如權利要求16所述的方法，其中所述半導體晶粒包括銅與低k介電材料為基礎形成的金屬化系統。

18.一種用于連接半導體晶粒至封裝基板的回流系統，所述回流系統包括：

基板支持物，用以接收所述半導體晶粒與所述封裝基板；以及

工藝區域，用以建立加熱區，用于加熱所述半導體晶粒與所述封裝基板之間形成的焊接材料至高于所述焊接材料的熔點，形成組合半導體裝置，所述工藝區域更用以建立冷卻區，用于固化所述焊接材料，所述冷卻區包括可控制的溫度儲存器，用以減少組合半導體裝置的中心與周圍之間的溫度差。

19.如權利要求18所述的回流系統，其中所述冷卻區中的所述溫度儲存器是用以進行加熱步驟。

20.如權利要求18所述的回流系統，其中所述溫度儲存器包括溫度系統，用以在所述組合半導體裝置的受限區域中，提供放射、熱媒介的噴口以及直接機械接觸至少其中之一。