[發(fā)明專利]一種芯片封裝方法和芯片封裝結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110192777.2
• 申請日: 2021-02-20
• 公開（公告）號: CN113013044A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚鵬;李拓;滿宏濤;劉凱
• 申請（專利權(quán)）人: 山東云海國創(chuàng)云計算裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: H01L21/56
• 分類號: H01L21/56;H01L23/482;H01L23/485;H01L23/488
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王云曉

本申請?zhí)峁┝艘环N芯片封裝方法和芯片封裝結(jié)構(gòu)，方法包括：在芯片上沉積芯片金屬層，且在基板上沉積基板金屬層；在芯片金屬層和基板金屬層之間制備中間層；中間層為由低熔點金屬層和高熔點金屬層構(gòu)成的三維堆疊式結(jié)構(gòu)，且與芯片金屬層與基板金屬層連接的是低熔點金屬層；對芯片金屬層、基板金屬層和中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行釬焊連接處理，形成芯片和基板之間連接層。本申請?zhí)峁┝艘环N面向芯片的封裝方法，主要是利用連接層連接芯片與基板，該連接層是芯片金屬層、基板金屬層、中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)通過釬焊處理后得到的，能夠突破Sn基無鉛焊料的熔點限制，具備良好的高溫服役可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種芯片封裝方法和芯片封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著芯片設(shè)計及制造技術(shù)的不斷成熟，以及芯片應(yīng)用場景對算力要求的不斷提高，系統(tǒng)級芯片(SoC，System on a Chip)逐步成為芯片產(chǎn)業(yè)的主流趨勢。

當(dāng)前，SoC的封裝互連結(jié)構(gòu)主要采用常規(guī)芯片的封裝互連結(jié)構(gòu)，其中，芯片與基板之間連接層由芯片金屬層/Sn基無鉛焊料/基板金屬層三明治結(jié)構(gòu)通過釬焊連接形成。釬焊連接完成后，所得連接層中部由大量未反應(yīng)焊料組成。鑒于Sn基無鉛焊料的熔點限制(200℃至300℃)，連接層在高溫服役過程中(150℃至焊料熔點)極易發(fā)生蠕變失效，進(jìn)而造成封裝互連結(jié)構(gòu)的高溫服役可靠性不佳。隨著算力要求高、功能復(fù)雜應(yīng)用場景的出現(xiàn)，芯片若要在這些場景正常工作，需保證封裝互連結(jié)構(gòu)在大于300℃的高溫條件下可靠服役。顯然，受到Sn基無鉛焊料熔點的限制，SoC封裝互連結(jié)構(gòu)在這些應(yīng)用場景中直接失效，進(jìn)而導(dǎo)致SoC無法應(yīng)用于這些場景。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的是提供一種芯片封裝方法和芯片封裝結(jié)構(gòu)，利用連接層連接芯片與基板，該連接層是芯片金屬層、基板金屬層、中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)通過釬焊處理后得到的，能夠突破Sn基無鉛焊料的熔點限制，具備良好的高溫服役可靠性。其具體方案如下：

本申請?zhí)峁┝艘环N芯片封裝方法，包括：

在芯片上沉積芯片金屬層，且在基板上沉積基板金屬層；

在所述芯片金屬層和所述基板金屬層之間制備中間層；所述中間層為由低熔點金屬層和高熔點金屬層構(gòu)成的三維堆疊式結(jié)構(gòu)，且與所述芯片金屬層與所述基板金屬層連接的是所述低熔點金屬層；

對所述芯片金屬層、所述基板金屬層和所述中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行釬焊連接處理，形成所述芯片和所述基板之間連接層。

優(yōu)選地，所述低熔點金屬層和所述高熔點金屬層在預(yù)設(shè)方向上依次相互堆疊，所述預(yù)設(shè)方向為所述基板指向所述芯片的方向。

優(yōu)選地，所述對所述芯片金屬層、所述基板金屬層和所述中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行釬焊連接處理，包括：

利用超聲場或直流電場對所述芯片金屬層、所述基板金屬層和所述中間層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行釬焊連接處理。

優(yōu)選地，所述釬焊連接處理的釬焊連接溫度為200℃至250℃，連接時間為0.5min至30min，施加超聲波頻率為25KHz至35KHz，或，施加直流電場電流密度為5×10³A/cm²至8×10³A/cm²。

優(yōu)選地，所述連接層為第一類界面結(jié)構(gòu)連接層或第二類界面結(jié)構(gòu)連接層；

其中，所述第一類界面結(jié)構(gòu)連接層為由高熔點金屬層與低熔點金屬層形成的中間相組成的連接層；

所述第二類界面結(jié)構(gòu)連接層為由中間相和未反應(yīng)高熔點金屬層共同組成的連接層。

優(yōu)選地，所述高熔點金屬層結(jié)合所述芯片金屬層和所述基板金屬層厚度，與低熔點金屬層厚度的比例不低于3:1。