[发明专利]使用粘结剂制造半导体器件

说明书

本发明涉及半导体器件的制造，特别是在部件之间焊接点形成之前和期间，在器件部件堆栈(stack)内以自对准关系将器件部件临时粘结在一起。

在一种已知的半导体器件制造方法中，将包括插入的焊料片在内的多个器件部件相互堆叠地装载到一个夹具型腔中，然后加热夹具以熔化焊料片，形成焊接在一起的部件的堆栈。例如，装载的部件可以包括一个第一接线端引线，一个安放在第一引线表面上的第一焊料片，一个安放在第一焊料片上的半导体芯片(或基片(die))，一个安放在芯片上的第二焊料片，最后是一个与第二焊料片接触的第二接线端引线。

在制造过程中，夹具沿着把各个部件顺序地装载到夹具中的组装通过连续工作台(assembly past successive work stations)移动，然后装载好的夹具通过一个用于加热和回流焊料的炉子。产生的一个问题是，夹具的移动和工作台的振动可能造成部件在夹具型腔内的横向位移，导致不合格器件部件焊接。另一个问题是，夹具一般是用铝、石墨、或铜-石墨之类的耐高温材料制造的。夹具的大的热量可能对回流过程造成不良影响。例如，热量有时造成不稳定的、高度可变的结果。

一种替代方法是以粘结剂浆料的形式提供焊料，例如，一种焊料颗粒与一种具有浆状稠度的粘结剂基料的混合物。这种方法的一个优点是一般不需要夹具，因为粘结剂浆料能够保持部件对准。这种浆料的问题是，根据使用的浆料，在焊接过程完成后，可能需要附加的清理过程来除去基料。此外，这种浆料的粘结强度通常不足以在焊料回流过程中保持部件的对准。一般情况下，尽管粘结剂浆料形式的焊料被广泛地使用并且通常能够获得满意的结果，但是仍然需要有一种替代和改进的自粘结部件堆叠方法。

根据本发明，通过利用与堆栈中使用的焊料预型件分离的或是包括在粘性浆料形式的焊料中的粘结体取得了半导体组件的堆栈中各组件的临时自粘结。

根据本发明的一个实施例，粘结体包括相当高纯度的水，并且相邻部件的粘结是通过水的表面张力取得的。在一个最好在是在保护性非氧化气氛中进行的单一的加热步骤期间，水被完全蒸发，同时焊料预型件被加热形成希望的焊接点。

根据本发明的另一个实施例，粘结体是市场上可买到的，具有可被熔融焊料湿润性质的，并且在最终器件的操作温度下是化学和物理稳定的粘结剂。在一个优选实施例中，粘结体具有可与被形成的焊接点的厚度比较的，但是比焊接点包围的总横向面积小的预选固定尺寸。以这种方式，粘结体起到间隔件的作用，同时对通过焊接点和器件组件本身的电流和热的流动只有最小的阻碍。

粘结体可以用作与焊料分离的组件(例如，小水滴)或作为焊料中的组件以形成自粘结焊料浆料。在后一种情况下，粘结体永久地嵌在完成的器件中的焊接点内。

图1示出了用于形成包括多个堆叠在一起的组件的半导体器件的惯用过程；

图2示出了在焊接处理完成后图1的半导体器件；

图3示出了根据本发明的，用于形成包括多个堆叠在一起的组件的半导体器件的过程；

图4(a)示出了在焊接过程完成后，根据本发明原理形成的半导体器件；

图4(b)示出了利用可以在本发明中使用的粘结剂和金属组件的焊接点的一个示例。

如上所述，半导体器件制造中一个已知实践是把器件的多个组件垂直地堆叠在一个组装夹具的型腔内，然后加热夹具以回流放置在相邻器件组件之间的焊料体，以在相邻器件组件之间形成焊接点。图1中示出了这种现有技术实践的一个示例，图1示出了一个典型的两部分组装夹具，夹具包括一个叠放了一个石墨顶板14的石墨基板12，石墨顶板14具有一个完全通向基板的叠放表面部分18的开口16。尽管仅示出了一个单一的开口16(提供了一个夹具“型腔”)，但是典型的制造夹具包含一个以行列布置的多个相同型腔的阵列，通过它可以成批地制造半导体器件。