[发明专利]用以降低金属间化合物厚度和金属及合金氧化的合金组合物和技术

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2006年5月8日提交的美国临时专利申请第 60/746,710号的优先权，该临时申请的全部内容通过引用由此并入本 文。

技术领域

本发明一般地涉及电传导和热传导，更具体地涉及降低金属 间化合物(IMC)厚度和金属及合金氧化的合金组合物和技术。

背景技术

当使用电子器件时，在工作期间焊接点应该具有足够的可靠 性。焊接点的可靠性主要取决于IMC生长，IMC生长由工作期间的时 间和产生的热引起。一般来说，由于IMC的脆性、柯肯达尔空洞 (Kirkendall voiding)的形成、和/或其上施加焊剂的金属层(一层或多 层)的消耗，尤其当诸如凸点下金属化层(under bump metallization， UBM)中金属层(一层或多层)较薄时，较厚的IMC引起可靠性问题。

另一方面，解决设备处理速度和发热的增加问题，要求开发 新的热界面材料(thermal interface materials)(TIM’s)。因为具有高热 导率，所以热焊剂非常有吸引力。焊接的TIM’s具有和焊接点相似的 问题，因为当设备在高温下运行时可能发生引起可靠性问题的IMC生 长。

由于低熔点金属与接触界面的良好贴合性、在工作温度下低 熔点金属的良好金属相连续性、以及在工作温度下低熔点金属形成良 好的导热路径或导热链，低熔点金属，包括液体金属，也如热导材料 一样有用。然而，由于迅速氧化和高反应性，低熔点金属的使用在某 些具体应用中受到限制。

最近引入了新类型的TIM，诸如聚合物混合焊剂(polymer solder hybrid，PSH)，其中聚合物母体充当芯片或封装件表面的粘合剂， 并且焊剂填料用作热导体。尝试了低熔点金属作为导热填料或作为 PSH中的部分导热填料的几种可能应用。然而，低熔点金属，包括液 体金属，氧化非常迅速并且形成疏松聚集的焊剂，其在界面上容易脱 层。因此，使用此类TIM非常具有挑战性。

鉴于上述事项，需要提供降低IMC厚度和金属及合金氧化的 技术，克服上述不足和缺点。

发明内容

公开了降低IMC厚度和金属及合金氧化的合金组合物和技术。 在一个具体的示例性实施方式中，合金组合物可以被认为是合金的组 合物或混合物，其基本上由按重量计大约90％至大约99.999％的铟和 按重量计大约0.001％至大约10％的锗以及不可避免的杂质组成。在另 一个具体的示例性实施方式中，合金组合物可以被认为是合金的组合 物或混合物，其基本上由按重量计大约90％至大约99.999％的铟和按 重量计大约0.001％至大约10％的锗、锰、磷和钛中的一种或多种组成。 在又一个具体示例性实施方式中，合金组合物可以被认为是基本上由 按重量计大约90％至大约99.999％的镓和按重量计大约0.001％至大约 10％的锗以及不可避免的杂质组成的合金组合物。在仍另一个具体示例 性实施方式中，合金组合物可以被认为是这样的合金组合物，其基本 上由按重量计大约90％至大约99.999％的镓和按重量计大约0.001％至 大约10％的锗、锰、磷和钛中的一种或多种组成。在仍又一个具体示 例性实施方式中，合金组合物可以被认为是基本上由下列组成的合金 组合物：镓-铟合金、镓-铟-锡合金、镓-铟-锡-锌合金、镉、镉合金、 铟-铅合金、铟-铅-银合金、汞、汞合金、铋-锡合金、铟-锡-铋合金， 它们的含有按重量计大约0.001％至大约10％的锗、锰、磷和钛中的一 种或多种的混合物，以及不可避免的杂质。

合金组合物可以采取冶金互连材料(metallurgical interconnect material)、热界面材料、导热填料或导热介质的形式。热界面材料可以 包含一种或多种相变材料、导热凝胶、导热胶带和散热膏(thermal grease)。

在一个具体示例性实施方式中，所述技术可以被认为是在金 属或金属合金中掺入一种或多种按重量计大约0.001％至大约10％的掺 杂剂的方法，所述掺杂剂包括锗、锰、磷和钛中的一种或多种，所述 金属或金属合金包含按重量计大约90％至大约99.999％的镓或铟，其 中所述方法包括通过加热，以溶液形式，将一种或多种掺杂剂混合入 金属或金属合金。该混合物可以被迅速冷却，以得到更细的掺杂剂或 金属间颗粒，其比较大的颗粒扩散更快。