[发明专利]一种基于铜镍二级海参状微纳米层的固态键合方法

说明书

本发明提供了一种基于铜镍二级海参状微纳米层的固态键合方法。本发明将两块基板的具有海参状铜镍微纳米层的表面相互接触以形成接触区域，再在加热条件下对接触区域施加压力以进行键合，其中，海参状铜镍微纳米层包括铜针层以及镀覆于该铜针层表面的镍针层，铜针层为锥形铜微米针形成的阵列层，镍针层包括锥形镍纳米针形成的阵列层以及在这些锥形镍纳米针上形成的突起。本发明不仅能产生高强度的互连作用力，而且不需要苛刻的工艺条件，在较低的温度和压力下以及空气环境中即可进行，不需要回流焊工艺，简化了工艺流程，节约了能耗，符合绿色封装的发展趋势。

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，尤其涉及一种基于铜镍二级海参状微纳米层的固态键合方法。

背景技术

三维高密度封装是芯片封装技术的发展方向，这种趋势对微互连技术提出更高要求。传统的外围布线技术大大限制了三维封装的叠层数量以及尺寸，且随着三维封装叠层数量的增加，芯片厚度越来越薄，芯片间距越来越小，这对互连温度和压力提出更高的要求。目前普遍应用于叠层型三维封装的引线键合技术，虽然工艺简单，成本低廉，但随着堆叠层数增加，引线密度增加，长度增加，信号拥堵和延迟加剧，另外传统的熔融焊接工艺，温度高达400℃，高温产生的热应力严重影响芯片和基板的可靠性。改变这样的互连方式，很有必要探索一种固态键合技术，以更低的封装温度来降低芯片的热应力变形，提高生产效率，优化成本，减少能源消耗，以符合绿色电子封装的发展趋势。

目前的固态键合技术有直接互连技术、表面活化互连技术、粘结剂互连技术、共晶互连技术、微纳米棒金属互连技术等。直接互连技术靠平坦且洁净表面之间的范德瓦耳力结合，在700-1000℃的高温下使界面形成共价键以提高互连强度，不但温度要求高，而且要求超真空环境，Cu-Cu的直接互连工艺要求表面有很高的亲水性和洁净性，必须通过化学机械抛光获得。表面活化互连技术是用低能Ar电子束轰击基体表面，使得基体表面活化清洁，互连后界面缺陷非常少，互连精度高，可以使异种或同种金属在固态下结合，但通常需在真空条件下进行，虽然可以在室温或低温下进行，但是反应条件繁琐，对设备精度要求非常高，很难实现大规模工业生产。粘结剂互连技术使用高分子光刻材料SU-8作为介质，这种材料玻璃化转换温度低，粘度高，互连后的残余应力小，这种技术可以在无电场的特定条件下实施，但在传统的焊点互连区域互连还需要进一步证明。共晶互连技术是将金属加热到共晶点实现互连，常见的互连偶Au-Si在界面处扩散形成共晶化合物，在MEMS封装和IC互连中应用很广泛，虽然不需要超高真空和互连后热处理等复杂条件，但为了防止界面氧化和污染，共晶互连通常需要在真空条件下和惰性保护气体中进行，典型的键合偶Au-Si共晶互连的可靠性还受到硅片氧化层难以完全去除和金膜表面的可湿性较差的限制。微纳米棒金属互连技术是将表面具有纳米棒阵列的基板放置在一起，在低温回火过程中，纳米棒阵列发生类似烧结的固化过程，形成稳定的结合层，但对设备要求高。现有的技术要么要求苛刻的工艺条件，要么对设备精度要求高，而本发明的固态键合技术不需要苛刻的工艺条件，对设备精度要求不高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于铜镍二级海参状微纳米层的固态键合方法，以在较低的温度和压力下实现芯片之间的互连，且整个键合过程可在空气中完成，工艺简单，能耗低，符合绿色电子封装的发展趋势。