[发明专利]一种全金属间化合物窄间距微焊点的制备方法及结构

说明书

本发明提供一种全金属间化合物窄间距微焊点的制备方法及结构，在芯片上制备至少一个第一金属焊盘和钎料凸点或钎料层，在载板上制备至少一个第二金属焊盘和可焊层；在可焊层的表面涂覆焊剂；将钎料凸点或钎料层和可焊层对准放置后加热，钎焊回流，使第一金属焊盘温度低于第二金属焊盘温度，钎料凸点或钎料层熔化后全部转变为三元金属间化合物。本发明选取Cu和Ni作为金属焊盘，在温度梯度作用下，Cu‑Ni形成的耦合作用，会同时加速金属间化合物在第一和第二金属焊盘上的生长，提高金属间化合物总的生长速率；具有择优取向的Cu‑Sn‑Ni三元金属间化合物，能够提高微焊点的可靠性和力学性能；与现有半导体及封装工艺兼容性好，工艺简单，实现低温互连高温服役。

技术领域

本发明属于电子制造领域，涉及一种全金属间化合物窄间距微焊点的制备方法及结构。

背景技术

在微电子器件及产品的制造过程中，通过钎焊回流工艺实现芯片与封装载板或者封装载板与印刷电路板之间的连接是电子封装的核心技术之一。钎焊回流时，采用Sn基钎料与芯片和封装载板上的焊盘发生钎焊反应，并在两侧焊盘上生成界面金属间化合物薄层，形成焊点，实现芯片到封装载板的互连。焊点由芯片焊盘-金属间化合物-钎料-金属间化合物-封装载板焊盘组成。钎焊后所形成的焊点为芯片或者封装体提供电能传递、信号传递、机械支撑、导热通道等功能，因此焊点的制备和性能对电子产品的质量和可靠性至关重要。通常，在钎焊反应过程中界面金属间化合物的生长速率较慢，钎焊结束后焊点中钎料的厚度要远大于金属间化合物的厚度，它们的厚度比为几十比一，甚至是几百比一。

目前，电子封装器件不断追求高频高速、多功能、高性能和小体积，一方面导致工作电流密度持续增大，焦耳热随之增大，需要所述的器件在越来越高的温度下服役，并保持长时间可靠性；另一方面使得互连焊点的尺寸(间距)越来越小。在此情况下，现有互连技术存在的主要问题是：1、传统的芯片焊盘-金属间化合物-钎料-金属间化合物-封装载板焊盘结构包含多个连接界面，在较高温度长期服役时，由于金属间化合物层会生长粗化，引起焊盘/金属间化合物和金属间化合物/钎料的界面上形成柯肯达尔空洞等缺陷，在外力或热应力作用下界面上会形成裂纹或发生断裂，导致焊点失效。2、传统的钎料均为低熔点合金，如Sn-37Pb、Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.5Cu和Sn-9Zn等的熔点均低于230℃，钎料焊点不能在高温环境下可靠工作，互连部位相对较差的高温服役性能已成为制约高密度封装发展的主要瓶颈之一。要想提高焊点的服役温度必须选择熔点更高的钎料，然而过高的钎焊连接温度会造成元器件的损伤。

为解决上述技术问题，出现了全金属间化合物焊点的技术方案，即在一定条件下使界面反应充分进行，直至钎料全部转化为金属间化合物，形成芯片焊盘-金属间化合物-封装载板焊盘的结构，以实现低温连接高温服役的要求。但缺点是常规钎焊、热压键合等方法所需钎焊反应时间长，生产效率低，且会因为原子间的互扩散而在金属间化合物层中产生空洞；采用纳米金属间化合物颗粒制备全金属间化合物焊点，工艺复杂，制作纳米颗粒成本过高，生成渣滓不易清理；而低温超声键合方法缺点是工艺复杂，需要对生产设备作较大改动，与现有封装工艺技术兼容性低。

发明内容

本发明提供了一种全金属间化合物窄间距微焊点的制备方法，通过钎焊回流时在焊点内形成一定的温度梯度，加速微焊点两侧焊盘金属原子向液态钎料中的溶解，从而显著加速微焊点两侧界面金属间化合物的生长速率，最终得到致密的全金属间化合物互连窄间距微焊点。

本发明采用的技术方案如下：

一种全金属间化合物窄间距微焊点的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：提供芯片，所述芯片上制备至少一个第一金属焊盘，所述第一金属焊盘上制备钎料凸点或钎料层；提供载板，所述载板上制备至少一个第二金属焊盘，所述第二金属焊盘上制备可焊层；

所述第一金属焊盘和第二金属焊盘具有不同的材质；

所述第一金属焊盘和第二金属焊盘具有相同的排布图形；