[发明专利]一种抗热迁移微焊点结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微电子制造中抗热迁移的微焊点结构，包括热端金属基底和冷端金属基底，所述热端金属基底的焊接面上设有Co‑P纳米晶薄膜，该Co‑P纳米晶薄膜中P的原子百分比为0.1~10at.%，所述冷端金属基底的焊接面上设有Ag纳米晶薄膜；所述热端金属基底和冷端金属基底通过锡基钎料连接，所述锡基钎料与Co‑P纳米晶薄膜和Ag纳米晶薄膜的连接处分别形成第一金属间化合物和第二金属间化合物。其在极端温度梯度条件下具有良好的抗热迁移性能和高可靠性，使用寿命长。还公开了一种微电子制造中抗热迁移微焊点的制备方法，工艺流程简单，工序少，成本低廉。

技术领域

本发明涉及三维封装互连焊点的制备，具体涉及一种抗热迁移微焊点结构及其制备方法。

背景技术

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，采用锡基钎料与芯片和封装载板上的基底发生钎焊反应，并在两侧基底上生成界面金属间化合物薄层，形成微焊点，实现芯片到封装载板的互连。微焊点由热端金属基底-金属间化合物-钎料-金属间化合物-冷端金属基底组成。

在电子封装互连技术中，钎料与凸点下金属层发生界面反应形成金属间化合物IMC是实现焊点冶金连接的必要条件。界面IMC的脆性本质使得其厚度和形貌必须要得到有效的控制，才能保证互连的可靠性。在新的封装技术和要求下，焊点微型化和器件集成高密度化已是必然发展趋势，以焊点为例，尺寸从最大的760μm的BGA，到100μm的C4倒装芯片焊接接头，再到最小尺寸10μm的微凸点，新兴3DIC封装互连微焊点的尺寸比传统芯片焊点的尺寸小一个数量级，这导致界面IMC在整个焊点中所占比例显著增大，微焊点在服役过程中界面IMC的形核和生长变得更加敏感。

此外，焊点微型化的同时，封装方式也扩展到三维封装。电子元器件的集成密度显著增加，器件集成密度的持续增加，使得基板发热问题越来越严重，在散热不变或散热改良的条件下，微焊点的两端将形成巨大的温度梯度，造成原子的定向迁移。以传统主流焊点Sn-Cu互连来说，Cu-Sn 微互连焊点中，铜与焊锡反应速率非常快，在界面处形成Cu6Sn5及Cu3Sn金属间化合物层。并且随着封装中焊点体积大幅缩小，金属间化合物层占整个焊点的比例持续增大，微互连的两端界面距离显著减小，在极端温度梯度作用下，两端界面之间的相互影响越来越大，热迁移造成Cu原子的定向迁移，导致冷端脆性Cu3Sn所占比例越来越高，甚至产生柯肯达尔Kirkendall孔洞和热端Cu基底的溶解，严重影响互连的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗热迁移微焊点结构，其在极端温度梯度条件下具有良好的抗热迁移性能，可靠性好，使用寿命长。本发明还公开了一种抗热迁移微焊点的制备方法，工艺流程简单，工序少，成本低廉。

本发明所述的抗热迁移微焊点结构，包括热端金属基底和冷端金属基底，所述热端金属基底的焊接面上设有Co-P纳米晶薄膜，该Co-P纳米晶薄膜中P的原子百分比为0.1~10at.%，所述冷端金属基底的焊接面上设有Ag纳米晶薄膜；所述热端金属基底和冷端金属基底通过锡基钎料连接，所述锡基钎料与Co-P纳米晶薄膜和Ag纳米晶薄膜的连接处分别形成第一金属间化合物和第二金属间化合物。

一种抗热迁移微焊点的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一，电镀，提供热端金属基底和冷端金属基底，所述热端金属基底的焊接面上沉积有Co-P纳米晶薄膜，该Co-P纳米晶薄膜中P的原子百分比为0.1~10at.%，所述冷端金属基底的焊接面上沉积有Ag纳米晶薄膜；

步骤二，钎焊，将热端金属基底和冷端金属基底的焊接面对准，以锡基钎料作为钎料，利用浸焊在热端金属基底和冷端金属基底的焊接面之间制得具有Co-P/Sn/Ag微互连结构的微焊点。

进一步，所述步骤一中热端金属基底的焊接面上通过超声辅助电沉积、化学镀、蒸镀或溅射得到Co-P纳米晶薄膜，冷端金属基底的焊接面上通过超声辅助电沉积、化学镀、蒸镀或溅射得到Ag纳米晶薄膜。