[发明专利]一种基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法

权利要求书

1.一种基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)选择具有相互匹配的电互连焊盘的两个或多个待键合元件，两两形成一待键合偶；

2)在待键合偶的其中一侧的电互连焊盘上形成镍微针锥，所述镍微针锥的形成通过电沉积法实现，通过控制添加剂浓度、时间、电沉积温度、电流密度等参数，控制所述镍微针锥的高度在500纳米至2000纳米之间，所述镍微针锥的锥底直径在200纳米至1000纳米之间；

3)在待键合偶的另一侧的电互连焊盘上形成铜微针锥，所述铜微针锥的形成通过电沉积法实现，通过控制添加剂浓度、时间、电沉积温度、电流密度等参数，控制所述所述铜微针锥的高度在200纳米至2000纳米之间，所述铜微针锥的锥底直径在100纳米至1000纳米之间；

4)将待键合偶的一侧元件吸附在键合装置压头表面；

5)将待键合元件的电互连焊盘对准，使所述镍微针锥与所述铜微针锥匹配接触，向所述待键合偶的一侧施加键合压力和超声振动并保持一定时间，使得所述镍微针锥与所述铜微针锥互连键合；

6)同一焊盘的所述镍微针锥或者所述铜微针锥的针锥高度基本一致。

2.根据权利要求1所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，形成所述镍微针锥和所述铜微针锥后，在所述镍微针锥和所述铜微针锥表面制备防氧化层。

3.根据权利要求2所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，所述防氧化层为高温下抗氧化的Au、Pt、Ag、Pd、Sn等金属单质或合金，厚度为数纳米至数十纳米，不改变所述镍微针锥和所述铜微针锥的形貌结构。

4.根据权利要求3所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，所述压头为中空结构，通过真空负压方式吸附所述待键合元件，键合过程结束后压头复位并脱离元件。

5.根据权利要求4所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，所述超声振动由超声波发生器产生，通过机械装置传导至所述压头及所述待键合元件。

6.根据权利要求5所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，键合过程在压力及超声振动下保持数百至数千微秒，保持时间由金属种类、键合压力、超声功率及频率要求的最优化结果决定。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，键合过程在室温下进行，操作温度为15摄氏度至40摄氏度。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的基于镍和铜微针锥异种结构的固态超声键合方法，其特征在于，键合压力为0.1-30MPa，键合时间为0.04-5s。