[發明專利]一種硅芯片的燒結方法

在審

• 申請號: 201811030374.2
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109192672A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 朱坤存;李東華;馬捷
• 申請（專利權）人: 濟南市半導體元件實驗所
• 主分類號: H01L21/50
• 分類號: H01L21/50;H01L21/607
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 楊先凱

本申請提供了一種硅芯片的燒結方法，在硅芯片的背面為硅質襯底直接原樣外露且無需淀積背面金屬電極的情況下，利用低燒結溫度和超聲波振動實現了硅芯片與金基焊片的接觸面的金硅共晶的緊密結合，且同時使得金基焊片發生熔化與金屬導電片實現焊接連接，從而實現了通過金基焊片將沒有背面金屬電極的硅芯片與金屬導電片緊密地結合在一起；且本申請操作簡單，生產效率高，可靠性好，適用于各種外殼、小面積芯片的燒結，實現了生產的安全、可靠和高效。

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，尤其是涉及一種硅芯片的燒結方法。

背景技術

對于功率器件來說，芯片與封裝外殼之間良好的機械接觸、熱接觸以及電接觸是保證功率器件正常工作的前提。接觸不良會使器件熱阻加大，散熱不均勻，影響電流在器件中的分布，破壞器件的熱穩定性和長期可靠性，甚至使器件燒毀。

共晶燒結法具有機械強度高、熱阻小、穩定性好、可靠性高等優點，因而在功率器件的芯片封裝中得到了廣泛的應用。

長期以來，對于小功率器件和單片電路的燒結，國內一直延用傳統的管道氮氫燒結的燒結方式，此種燒結方式對原材料和工藝條件要求比較苛刻，同時對操作人員的操作技能要求很高，造成生產效率和產品成品率較低。

隨著產品批量生產的需要，尋找一種更方便高效、簡單實用的芯片燒結方法成為本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅芯片的燒結方法。

為解決上述的技術問題，本發明提供的技術方案為：

一種硅芯片的燒結方法，包括以下步驟：

1)當加熱平臺處于恒溫時，將用于封裝的外殼置于充滿保護氣體的加熱平臺內進行預熱以及恒溫保溫，燒結溫度控制在360℃～380℃之間；

2)將金基焊片放置到外殼中的金屬導電片上；

3)將硅芯片放置到所述金基焊片上，所述硅芯片的背面為硅質襯底直接原樣外露且無背面金屬電極；

4)超聲波焊接：將超聲波焊接裝置中的焊頭壓在所述硅芯片的上表面上使所述金基焊片熔化，所述硅質襯底中的硅元素與所述金基焊片中的金元素通過擴散形成金硅共晶體從而實現所述硅芯片與金屬導電片的緊密結合，完成后撤掉超聲波焊接裝置；

5)將步驟4)超聲波焊接完成后的產品從所述加熱平臺上取下，然后按階梯降溫原則降溫至室溫，至此燒結過程完成。

優選的，步驟1)中，所述保護氣體為氮氣與氫氣的混合氣體，其中N₂氣體流量為13L/min～17L/min，H₂氣體流量為300mL/min～450mL/min。

優選的，步驟2)中，所述金基焊片為金銻合金焊片或金鎵合金焊片，厚度為30μm～40μm，所述金銻合金焊片的元素組成及其質量百分數含量為Au99.97％Sb0.03％，所述金鎵合金焊片的元素組成及其質量百分數含量為Au99.97％Ga0.03％。

優選的，步驟2)中，所述金屬導電片為鉬片。

優選的，步驟3)中，所述硅芯片的背面的硅質襯底的外露表面上預先鍍有一層金。

優選的，步驟4)中，超聲電流為10μA～30μA，超聲時間為8s～20s,超聲壓力為300mN～350mN。

本申請提供了一種硅芯片的燒結方法，在硅芯片的背面為硅質襯底直接原樣外露且無需淀積背面金屬電極的情況下，利用低燒結溫度和超聲波振動使得硅質襯底中的硅元素與所述金基焊片中的金元素通過擴散形成金硅共晶體從而實現所述硅芯片與金屬導電片的緊密結合；