[发明专利]用于低温低压烧结的固定设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为元件(诸如电子装置、硅片(silicon dice)、金属板、不同金属保护层等)结合方法的烧结，例如将芯片结合至基板上，具体地涉及银烧结。本发明还涉及一种在电子装置之间或者在一个或多个电子装置与基板之间产生结合的工艺。

背景技术

银烧结是一种用于低温结合的适当方法，例如将诸如电子装置、硅芯片(silicon die)等的元件结合至诸如硅芯片、基板或其它电子装置的另一元件上。银烧结工艺允许在低温和低压下对元件(例如，芯片和基板)进行电学地和机械地互连，使得所得到的互连提供充分的导电性和低的热阻率。与焊接的芯片结合相比，烧结的点表现了更高的可靠性和在更高温度下工作的能力。例如，已经示出的是，具有烧结的芯片附件的电源模块具有三倍优异的性能，五倍优异的可靠性，并且更高的芯片结温(高达175℃)。

在结合工艺中，可在待结合的元件之间提供包括纳米级或微米级银粉末的膏剂层。此后，同时提供压力和热量并持续数分钟。该结合工艺通常使用加压机构进行，该加压机构的压印件(stamp)中一体集成了加热器，以同时施加例如约8MPa的压力和约300℃的热量。由于这种状态必须保持数分钟，具有这种加压机构的结合设备的生产量受到了限制。

据此，本发明的一个目的在于提供一种设备和方法，其允许使用烧结的结合工艺而变得更加有效，具体的是，提高在生产线上结合多个元件的总生产量。

发明内容

通过根据权利要求1所述的固定设备、用于结合多个元件的方法以及根据其它独立权利要求所述的固定设备的用途达到了上述目的。

在从属权利要求中记载了另一些实施例。

根据第一方面，提供了一种固定设备，其用于通过烧结夹在元件之间的结合层来结合多个元件。该固定设备包括支撑框架、夹持装置和接收区，该接收区用于接收包括有多个元件的堆组，元件中间(in-between)布置有结合层。夹持装置适于当堆组载入接收区时夹持堆组并且恒定地施加烧结压力。

本发明的一个构思在于，将施加压力的工艺与施加热量的工艺分开。通过上述固定设备实现了这个构思，该固定设备允许在烧结工艺过程中将烧结压力恒定地施加至待结合元件，而不需要相应的加压机构。因此，当载入到固定设备的包括有元件和结合层的堆组暴露在热量中时，载有元件的固定设备允许保持烧结压力，以便于执行烧结工艺。通常，结合层是金属膏剂，诸如具有微米或纳米银颗粒的银膏，其也可包括银化合物。

固定设备可构造为，通过施力元件将压力恒定地施加到多个元件上，即，多个基板上的堆叠片或芯片。然后，载有一个或多个堆叠元件的固定设备能够暴露在热量中，使得烧结工艺得以执行。

现有技术中的加压单元向堆叠元件同时施加热量和压力，并且必须同前面所描述的那样，在相当长时间内保持压力。与之相对比的是，载有包括装置和/或基板的堆组的固定设备使得能够通过保持烧结压力同时独立施加烧结温度来进行结合。

此外，夹持装置可适于在保持烧结压力时接收受烧结压力偏压的堆组并且夹持堆组。具体而言，烧结压力的范围可自1至20MPa。在一个实施例中，夹持装置可包括弹簧。

在替代实施例中，支撑框架可具有支撑部分和压力保持部分，其中，通过组装支撑部分和压力保持部分，烧结压力施加到被接收区所接收的堆组上，因而，偏压夹持装置的施力元件以提供烧结压力。具体而言，支撑部分和压力保持部分通过一个或多个螺钉或通过紧固螺栓彼此紧固。

另外，夹持装置可具有压印件，该压印件包括具有比支撑框架的至少一部分的热膨胀系数更高热膨胀系数的材料，使得当夹持装置被加热时，由于热膨胀差异，载入接收区的堆组受到压力。

根据另一实施例，其中，夹持装置可具有腔体以接收用于加热夹持装置的加热元件，其中，夹持装置还适于通过压印件头部将热量自加热元件传递至堆组，该压印件头部由将压力施加至堆组的压印件的端部形成。

压印件可包含在压印件排列中，其中，压印件放置在待结合的元件上，并且偏压螺钉与压印件相联系，该偏压螺钉能够拧入支撑框架上的相应开口中，以将压印件压力偏压至堆组上。

根据另一实施例，多个夹持装置被提供用于在固定设备中执行多个元件的结合。具体而言，支撑框架适于保持共用基板，在该共用基板上将结合有多个装置，其中，多个装置中的每个都被对应的夹持装置夹持。

根据另一方面，提供了一种方法，其利用烧结工艺结合多个元件，以产生元件的堆组。该方法包括以下步骤：

将堆组夹持至上述固定设备的接收区内；