[實用新型]高可靠同質鍵合系統多芯片組件

有效

• 申請號: 201220683229.6
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN203013716U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 楊成剛;蘇貴東
• 申請（專利權）人: 貴州振華風光半導體有限公司
• 主分類號: H01L25/00
• 分類號: H01L25/00;H01L23/498
• 代理公司: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術領域

本實用新型涉及多芯片組件（簡稱MCM），進一步來說，涉及同質鍵合系統多芯片組件。

背景技術

原有的多芯片組件集成技術中，是在厚膜低溫多層共燒陶瓷基片（簡稱LTCC基片）上，采用絲網印刷的方式，將金漿、銀漿或鈀-銀漿料等導體漿料、釕系電阻漿料，按頂層布圖設計的要求，在LTCC基片上形成導帶、阻帶圖形，經高溫燒結后成型。在導帶的端頭、或指定的地方，形成鍵合區域、半導體芯片組裝區域、或其它片式元器件組裝區域，其余區域（包括厚膜阻帶）用玻璃鈾絕緣層進行表面保護。在基片上進行半導體芯片、其他片式元器件的組裝，芯片（通常為鋁鍵合區）、導帶（通常為金或銀鍵合區）、管腳（通常為金或鎳鍵合區）之間采用金絲或硅-鋁絲進行鍵合聯接，形成完整的電路連接，由此形成的鍵合系統為金-鋁（Au-Al）、銀-鋁（Ag-Al）或鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統。

原有技術的缺陷或存在的主要問題如下：①銀導帶、鈀銀導帶中，銀容易氧化，且在長期通電情況下，容易產生電遷移現象，嚴重影響器件的可靠性，通常表現為鍵合強度衰退；②?金導帶在大電流情況下，在Au-Al鍵合系統中，鍵合接觸區域金層電遷移現象明顯，在Au-Al間容易形成“紫斑”，其產物成份為AuAl₂，造成Au-Al鍵合時形成的合金點疏松和空洞化,?最終鍵合力大幅下降；③?金-鋁鍵合系統在高溫下，由于金向鋁中擴散，Au-Al間形成“白斑”,?其產物為Au₂Al、Au₅Al₂、Au₅Al，形成一層脆而絕緣的金屬間化合物（即金鋁化合物），這種產物可以使合金點電導率大幅降低,?嚴重時可以形成開路；④?芯片（表面金屬層為鋁層）、導帶（金導帶或銀導帶）、引線柱（鍍金或鍍鎳）、引線（金絲或硅鋁絲）之間，在鍵合工藝中很難兼容各自的要求；⑤?厚膜導帶、厚膜鍵合區表面粗糙度較大，鍵合系統鍵合拉力和長期可靠性等質量一致性較差的問題。因此，采用金-鋁（Au-Al）、銀-鋁（Ag-Al）異質鍵合系統生產的多芯片組件不能應用在高可靠的場合，鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統的鍵合質量相對比較可靠，但與同質鍵合系統相比，還是存在一定的差異，采用鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統生產的多芯片組件不能應用在宇航級高可靠領域。

經檢索，涉及多芯片組件的專利申請件有20件，但沒有涉及同質鍵合系統的多芯片組件申請件、更沒有同質鍵合系統多芯片組件的申請件。

發明內容

?本實用新型的目的是提供同質鍵合系統多芯片組件，將異質鍵合改變為同質鍵合，提高鍵合系統的可靠性，同時，提高所有鍵合系統的質量一致性、可批量生產性。

為實現上述目標，設計人提供的同質鍵合系統多芯片組件，具有原有多芯片組件的底座、管腳、多層陶瓷基片（LTCC基片）、片式元件、半導體芯片、阻帶，片式元件、半導體芯片、阻帶均集成在LTCC基片的表面；與原有組件不同的是，LTCC基片的表面還集成有表面平整的金導帶/金鍵合區，該鍵合區表面有一層淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復合薄膜;?LTCC基片頂層表面上的所有鍵合區表面平整;半導體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳鍍金端面與基片之間采用金絲鍵合。

上述LTCC基片由多層陶瓷燒結而成，在每一層中均有金屬化內層通孔和內層導帶。

上述平整的金導帶/金鍵合區是經過用貴金屬拋光液通過旋轉式拋光機整體拋光的，其平整度≤0.1μm；所述淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復合薄膜是用機械掩模在高真空環境下選擇性區域濺射或蒸發上去的，其厚度為1～5μm。

上述LTCC基片頂層表面上的所有鍵合區的平整度控制在≤0.1μm。

本實用新型有以下特點：①所有鍵合系統均為同質鍵合系統,提高了多芯片組件長期充分可靠工作的能力；②通過一次性整體化學機械拋光，提高所有鍵合區表面制備鋁薄膜厚度和質量的一致性、均勻性，提高所有同質鍵合系統的質量一致性，從而提高多芯片組件的批量生產性；③金鍵合區表面一次性拋光整平，同步提高了基片與管腳端面金-金鍵合的可靠性；④在同一金導帶鍵合區上形成局部鋁鍵合區，可同時兼容金絲鍵合（鍵合區與鍍金管腳之間）、硅-鋁絲鍵合（基片鍵合區與芯片鍵合區之間），形成高可靠完美鍵合系統。本實用新型廣泛應用于航天、航空、船舶、精密儀器、通訊、工業控制等領域，特別適用于大功率、高可靠、宇航級、系統小型化等應用領域，具有廣闊的市場前景和應用空間。

附圖說明

圖1為同質鍵合系統多芯片組件結構示意圖。?