[發(fā)明專(zhuān)利]預(yù)成型擴(kuò)散焊接

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011229130.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112786468A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·海因里希;K·勒斯?fàn)?/a>;K·特魯諾夫;A·昂勞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/60
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/60;H01L23/488
• 代理公司: 永新專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 鄔少俊

一種將半導(dǎo)體管芯接合到襯底的方法包括：將焊料預(yù)成型件施加到半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域或襯底的金屬區(qū)域，該焊料預(yù)成型件具有30μm的最大厚度以及比兩個(gè)金屬區(qū)域都低的熔點(diǎn)；經(jīng)由擴(kuò)散焊接工藝并且在不直接向管芯施加壓力的情況下，在半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域與襯底的金屬區(qū)域之間形成焊接接頭；以及設(shè)置擴(kuò)散焊接工藝的焊接溫度，使得焊料預(yù)成型件熔化并且與半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域和襯底的金屬區(qū)域完全反應(yīng)，以在整個(gè)焊接接頭中形成一個(gè)或多個(gè)金屬間相，每個(gè)金屬間相的熔點(diǎn)高于焊料預(yù)成型件的熔點(diǎn)和焊接溫度。

背景技術(shù)

熱性能和電性能在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。這些因素，與微型化和提高的性能接合，需要高性能管芯(芯片)附接工藝和材料。擴(kuò)散焊接就是一種這樣的管芯附接工藝。

擴(kuò)散焊接涉及向半導(dǎo)體晶片的背側(cè)上濺射焊料材料的薄層。焊料材料的沉積代表了總體晶片成本的很大部分。另外，在管芯附接工藝期間使用較大的力以實(shí)現(xiàn)形狀配合的互連，因?yàn)闉R射的焊料層較薄并且器件附接到的引線框架具有定義好的曲率。

上述擴(kuò)散焊接工藝還需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，包括用于向器件施加較大的力以實(shí)現(xiàn)形狀配合的互連的鍵合力單元。此外，單個(gè)地向每個(gè)管芯施加機(jī)械壓力，并且必須要維持該機(jī)械壓力，直到焊料的大部分等溫固化，這限制了管芯附接工藝的處理量。另外，焊接溫度必須要高，以能夠在短時(shí)間內(nèi)完全反應(yīng)并且等溫固化。

因此，需要一種改進(jìn)的擴(kuò)散焊接工藝。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一種將半導(dǎo)體管芯接合到襯底的方法的實(shí)施例，該方法包括：將焊料預(yù)成型件施加到半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域或襯底的金屬區(qū)域，該焊料預(yù)成型件具有30μm的最大厚度(例如，15μm的最大厚度，例如10μm、甚至7μm的最大厚度)以及比半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域和襯底的金屬區(qū)域都低的熔點(diǎn)；經(jīng)由擴(kuò)散焊接工藝并且在不直接向半導(dǎo)體管芯施加壓力的情況下，在半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域與襯底的金屬區(qū)域之間形成焊接接頭；以及設(shè)置擴(kuò)散焊接工藝的焊接溫度，使得焊料預(yù)成型件熔化并且與半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域和襯底的金屬區(qū)域完全反應(yīng)，以在整個(gè)焊接接頭中形成一個(gè)或多個(gè)金屬間相，一個(gè)或多個(gè)金屬間相中的每個(gè)的熔點(diǎn)高于焊料預(yù)成型件的熔點(diǎn)和焊接溫度。

半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域和襯底的金屬區(qū)域可以包括相同的金屬或金屬合金，并且可以通過(guò)擴(kuò)散焊接工藝在整個(gè)焊接接頭中形成單一金屬間相。

單獨(dú)地或組合地，焊料預(yù)成型件可以包括Sn、Zn、In、Ga、Bi、Cd或其任何合金。

單獨(dú)地或組合地，焊料預(yù)成型件可以包括Sn/Ag/Cu、Sn/Ag、Sn/Ag/Sb、Sn/Sb、Sn/Cu或Au80/Sn20。

單獨(dú)地或組合地，襯底可以是引線框架或金屬夾具，并且襯底的金屬區(qū)域可以是引線框架或金屬夾具的管芯附接區(qū)域。

單獨(dú)地或組合地，襯底可以包括陶瓷，并且襯底的金屬區(qū)域可以是附接到陶瓷的金屬層。金屬層可以包括和/或鍍覆有Cu、Ni、Ag、Au、Pd、Pt、NiV、NiP、NiNiP、NiP/Pd、Ni/Au、NiP/Pd/Au或NiP/Pd/AuAg。

單獨(dú)地或組合地，半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域可以是施加到半導(dǎo)體管芯的后側(cè)或前側(cè)的金屬層。金屬層可以包括和/或鍍覆有Cu、Ni、Ag、Au、Pd、Pt、NiV、NiP、NiNiP、NiP/Pd、Ni/Au、NiP/Pd/Au、NiP/Pd/AuAg、NiV/Ag、NiV/Au或NiSi/Ag。

單獨(dú)地或組合地，將焊料預(yù)成型件施加到半導(dǎo)體管芯的金屬區(qū)域或襯底的金屬區(qū)域可以包括：向襯底施加第一液體；在襯底上放置焊料預(yù)成型件，其中，第一液體通過(guò)表面張力維持焊料預(yù)成型件相對(duì)于襯底的位置；向焊料預(yù)成型件施加第二液體；以及在焊料預(yù)成型件上放置半導(dǎo)體管芯，其中，第二液體通過(guò)表面張力維持半導(dǎo)體管芯相對(duì)于焊料預(yù)成型件的位置。