[发明专利]一种不含有机物的低温芯片贴装方法及芯片贴装结构

说明书

本公开涉及一种不含有机物的低温芯片贴装方法及芯片贴装结构，该方法包括：在芯片的表面沉积连接层，将芯片通过所述连接层与待连接件贴装；或者在待连接件的表面沉积所述连接层，将待连接件通过所述连接层与芯片贴装；或者在芯片和待连接件的表面均沉积所述连接层，将二者进行贴装。本公开芯片贴装方法可实现贴装结构的低温连接和高温服役，并且在烧结过程中和烧结后形成的贴装结构中均不存在有机物，消除有机物对于芯片贴装过程和贴装结构整体性能的不利影响。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种不含有机物的低温芯片贴装方法及芯片贴装结构。

背景技术

芯片贴装(die attach)是半导体器件制程的关键步骤之一。近些年来，IC器件的集成度不断增加，器件整体体积趋于减小，带来更高的能量密度以及更严峻的热管理问题；功率半导体器件的功率容量亦不断增大，并越来越多地被要求用于300℃以上的严苛工作场合；随着SiC基、GaN基等新一代半导体器件的研发和应用，为充分发挥此类宽禁带半导体优异的材料特性，进一步提升芯片工作结温和器件功率密度仍然是今后的发展趋势。而传统的低熔点铅基芯片贴装材料显然无法满足器件在更高温度和更高能量密度下的使用要求。

为提高半导体器件/模块在高温下的性能表现，需要突破现有贴装材料高温服役性能不足的瓶颈。另一方面，过高的芯片贴装温度既会对半导体模块中的某些温度敏感器件造成潜在损伤，又会因连接材料与基底的热膨胀系数不同而造成较大的残余应力，影响连接层的力学性能。因而，研究人员致力于开发能同时满足低温连接和高温服役要求的芯片贴装材料和/或贴装方法。

目前而言，可实现低温连接高温服役的芯片贴装主流技术路线有：低温瞬时液相扩散连接技术以及微纳颗粒焊膏低温烧结技术。对于低温瞬时液相扩散连接技术，其需要较长的连接和后处理时间进行连接组织的均匀化，并且易在接头中形成硬脆的金属间化合物，影响器件的长期使用性能。

而对于微纳颗粒焊膏连接技术，相较于低温瞬时液相扩散连接技术具有焊接时间短、接头中脆性相少等优点，并且在高温下表现出比传统贴装材料更为优异的导电、导热和机械性能，在实际中已经有所应用。然而，微纳颗粒焊膏技术需要使用多种有机物作为微纳颗粒的分散剂(例如油脂、聚丙烯酸等)、粘结剂(例如聚乙烯醇、蜡等)、稀释剂(例如松油醇等)，这些有机物的存在对芯片贴装过程及接头性能具有较多的负面作用：在芯片贴装过程中，需要额外的时间用于焊膏中有机物的挥发，且焊膏中有机物显著的分解过程一般需在一定温度以上方可进行(一般至少180℃)，这限制了芯片贴装温度的进一步降低。在贴装后，焊膏中靠近芯片中心的有机物因难以到达芯片边缘分解逸出而残留在接头当中，对于大面积(10*10mm²以上)的芯片贴装，有机物的残留就更为明显。由于有机物本身不导电，且导热性和力学性能差，这些有机物的存在会降低接头的导电性、导热性以及力学性能。由于焊膏中有机物对于芯片贴装的种种不利影响，亟需一种无有机物的低温芯片贴装方法及相应的芯片贴装结构。

发明内容

本公开的目的是提供一种不含有机物的低温芯片贴装方法及芯片贴装结构，本公开芯片贴装方法可实现贴装结构的低温连接和高温服役，并且在烧结过程中和烧结后形成的贴装结构中均不存在有机物，消除有机物对于芯片贴装过程和贴装结构整体性能的不利影响。

为了实现上述目的，本公开提供一种不含有机物的低温芯片贴装方法，该方法包括：在芯片的表面沉积连接层，将芯片通过所述连接层与待连接件贴装；或者在待连接件的表面沉积所述连接层，将待连接件通过所述连接层与芯片贴装；或者在芯片和待连接件的表面均沉积所述连接层，将待连接件通过所述连接层与芯片贴装；其中，所述连接层包括纯金属颗粒和/或合金颗粒，包括或不包括陶瓷颗粒，不包括有机物；所述纯金属颗粒、合金颗粒和陶瓷颗粒的尺寸各自为1纳米～50微米。

可选的，所述待连接件为陶瓷基板、引线框架、印制电路板或条带。