[发明专利]预成型扩散焊接

说明书

一种将半导体管芯接合到衬底的方法包括：将焊料预成型件施加到半导体管芯的金属区域或衬底的金属区域，该焊料预成型件具有30μm的最大厚度以及比两个金属区域都低的熔点；经由扩散焊接工艺并且在不直接向管芯施加压力的情况下，在半导体管芯的金属区域与衬底的金属区域之间形成焊接接头；以及设置扩散焊接工艺的焊接温度，使得焊料预成型件熔化并且与半导体管芯的金属区域和衬底的金属区域完全反应，以在整个焊接接头中形成一个或多个金属间相，每个金属间相的熔点高于焊料预成型件的熔点和焊接温度。

背景技术

热性能和电性能在半导体技术的发展中发挥了越来越大的作用。这些因素，与微型化和提高的性能接合，需要高性能管芯(芯片)附接工艺和材料。扩散焊接就是一种这样的管芯附接工艺。

扩散焊接涉及向半导体晶片的背侧上溅射焊料材料的薄层。焊料材料的沉积代表了总体晶片成本的很大部分。另外，在管芯附接工艺期间使用较大的力以实现形状配合的互连，因为溅射的焊料层较薄并且器件附接到的引线框架具有定义好的曲率。

上述扩散焊接工艺还需要专门的设备，包括用于向器件施加较大的力以实现形状配合的互连的键合力单元。此外，单个地向每个管芯施加机械压力，并且必须要维持该机械压力，直到焊料的大部分等温固化，这限制了管芯附接工艺的处理量。另外，焊接温度必须要高，以能够在短时间内完全反应并且等温固化。

因此，需要一种改进的扩散焊接工艺。

发明内容

根据一种将半导体管芯接合到衬底的方法的实施例，该方法包括：将焊料预成型件施加到半导体管芯的金属区域或衬底的金属区域，该焊料预成型件具有30μm的最大厚度(例如，15μm的最大厚度，例如10μm、甚至7μm的最大厚度)以及比半导体管芯的金属区域和衬底的金属区域都低的熔点；经由扩散焊接工艺并且在不直接向半导体管芯施加压力的情况下，在半导体管芯的金属区域与衬底的金属区域之间形成焊接接头；以及设置扩散焊接工艺的焊接温度，使得焊料预成型件熔化并且与半导体管芯的金属区域和衬底的金属区域完全反应，以在整个焊接接头中形成一个或多个金属间相，一个或多个金属间相中的每个的熔点高于焊料预成型件的熔点和焊接温度。

半导体管芯的金属区域和衬底的金属区域可以包括相同的金属或金属合金，并且可以通过扩散焊接工艺在整个焊接接头中形成单一金属间相。

单独地或组合地，焊料预成型件可以包括Sn、Zn、In、Ga、Bi、Cd或其任何合金。

单独地或组合地，焊料预成型件可以包括Sn/Ag/Cu、Sn/Ag、Sn/Ag/Sb、Sn/Sb、Sn/Cu或Au80/Sn20。

单独地或组合地，衬底可以是引线框架或金属夹具，并且衬底的金属区域可以是引线框架或金属夹具的管芯附接区域。

单独地或组合地，衬底可以包括陶瓷，并且衬底的金属区域可以是附接到陶瓷的金属层。金属层可以包括和/或镀覆有Cu、Ni、Ag、Au、Pd、Pt、NiV、NiP、NiNiP、NiP/Pd、Ni/Au、NiP/Pd/Au或NiP/Pd/AuAg。

单独地或组合地，半导体管芯的金属区域可以是施加到半导体管芯的后侧或前侧的金属层。金属层可以包括和/或镀覆有Cu、Ni、Ag、Au、Pd、Pt、NiV、NiP、NiNiP、NiP/Pd、Ni/Au、NiP/Pd/Au、NiP/Pd/AuAg、NiV/Ag、NiV/Au或NiSi/Ag。

单独地或组合地，将焊料预成型件施加到半导体管芯的金属区域或衬底的金属区域可以包括：向衬底施加第一液体；在衬底上放置焊料预成型件，其中，第一液体通过表面张力维持焊料预成型件相对于衬底的位置；向焊料预成型件施加第二液体；以及在焊料预成型件上放置半导体管芯，其中，第二液体通过表面张力维持半导体管芯相对于焊料预成型件的位置。