[发明专利]管芯基板组装及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将管芯附接到基板上的方法。它还涉及一种用于附接到基板的半导体管芯。另外，本发明涉及一种封装，该封装包括设置在基板上的管芯。

背景技术

封装组装包括将半导体管芯键合到基板上的步骤，基板典型的是金属。基板典型地包括CPC或铜钨合金(CuW)。CPC基板包括三明治结构。顶层和底层由铜构成，并且在顶层和底层之间的层包括铜钼(CuMo)合金。管芯本身是典型地通过共熔的金硅(AuSi)芯片键合工艺键合到基板。这种工艺涉及在键合在一起之前应用相对厚的金层在基板上(大约1000-2500nm)和在管芯上(典型地是300nm)。目前的芯片键合工艺是昂贵的，通常是因为所使用的材料，并且是慢的和需要高工艺温度。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种管芯，包括半导体材料的本体，所述本体被配置为接收焊料层用于将所述管芯芯片键合到基板，其中管芯包括在本体的表面上的接口层用于接收焊料层，接口层具有多个不同金属的子层。

在半导体本体和焊料层之间提供多个不同金属(包括合金)的子层的接口层是有利的，可以改善芯片键合工艺(固定管芯到基板)的可靠性和所产生的管芯-基板的结构的和热的完整性。

接口层可能在管芯的大部分表面上延伸，焊料层施加到该部分上。接口层可能在焊料层和半导体本体之间的由管芯上的焊料层覆盖的大体上整个区域或至少90％的区域上延伸。例如，锯切巷可能没有背面金属。

子层可能包含以下一个或更多：金的子层，银的子层；镍的子层；另外的金的子层。接口层可能包含与本体相邻的金的子层和用于接收焊料层的金的子层，和至少一个在金的子层之间的除了金以外的金属的另外的子层。至少一个的另外的子层可能包括银层。至少一个的另外的子层可能包括镍层。至少一个的另外的子层可能包括镍的子层和银的子层。

在其它的实施例中，接口层可能包含一个或更多的钛(Ti)的子层，铜(Cu)和镍钒(NiV)或镍(Ni)的子层。

在其它实施例中，接口层可能包括金的第一子层和银的第二子层(AuAg)。可选地，接口层可能包含金的第一子层，镍的第二子层和银的第三子层。这样的接口层可能使用镍(Ni)层电镀。

接口层包含施加到本体的金的第一子层，银的第二子层，镍的第三子层镍和用于接收焊料层的金的第四子层。子层的这种特定顺序的布置被认为是有利的。

第一子层和第四子层可能比第二和第三子层厚。另外，接口层的外面的子层可能比接口层的里面的子层厚。

管芯可能包括固定到接口层上的焊料层，和焊料层可能比接口层至少厚两倍。进一步的，焊料层可能比接口层厚至少三倍，四倍或五倍。接口层可能约1000nm厚。

子层的厚度可能在50nm和500nm之间并且优选地在100nm和400nm之间。每个子层的厚度可能具有下限为25nm，50nm，75nm，100nm，125nm，150nm，175nm或者200nm并且与以下上限厚度中的任何一个相结合：200nm，250nm，300nm，350nm，400nm，450nm和500nm。每个子层具有的金属纯度可能至少是80％或者，优选地，至少95％或者至少99％。优选地，各子层包含基本上100％纯度的金属。

焊料层可能包括金的合金。可选的，它可能包含铜的合金，锡的合金或者铜锡(CuSn)合金。焊料层可能包含金和锡(AuSn)的合金。这是有利的因为接口层的存在可能使AuSn键合更加可靠。焊料层的含金量按重量计算可能是在75％和85％之间。

管芯可能通过焊料层键合到铜基板。铜基板的使用可能是比CuW或者CPC基板更节约成本的，由于接口层的使用，管芯和基板之间的键合可能是可靠的。因此，基板可能不包含或者只包含钼的痕量。

基板，可能是铜的，可能大体上是均匀的。因此，不同铜合金的层可能不是必要的。相反，基板可能是由合金的铜块形成的。铜可能具有的纯度按重量计算至少是95％，99％或者99.8％。基板可能至少半硬化回火，这可能具有有利的硬度和刚度性质。

铜基板可能用外层电镀。外层可能包含氧化物防护层。外层可能包含镍-钯-金(NiPdAu)合金。外层可能包含合金，该合金包含金、钯和镍的一个或更多。外面的电镀层的厚度可能小于0.6μm。对于NiPdAu外层，镍的厚度可能大体上是0.5μm，钯的厚度可能大体上是0.05μm和金的厚度可能大体上是0.010μm。可以理解的是这些只是示例的厚度。