[发明专利]一种基于疏水性铜微米层的低温键合方法

说明书

本发明提供一种基于疏水性铜微米层的低温键合方法，先在铜基板上电沉积制备出的铜微米针层；在镀铟液中加入混合物；将铜微米针层放在含有混合物的镀铟液中进行电镀，在铜微米针层表层形成松木状的纳米铟层；得到具有松木状铜铟二级微纳米层基板；然后将石墨烯均匀覆盖在松木状铜铟二级微纳米层上；将其与Sn‑Ag‑Cu合金焊球进行键合；加入混合物使镀铟液在铜微米针层表层形成松木状的纳米铟层，与焊料键合后的剪切强度大；加入石墨烯避免了铜与锡的直接接触，延缓了铜锡化合物的生长，本发明所需键合温度低，通过引入超声能量，降低键合压力，减少键合时间，实现瞬态键合，键合互连可靠性提高，键合不需要保护氛围，节约能耗。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域三维封装中的方片键合，具体涉及一种基于疏水性铜微米层的低温键合方法。

背景技术

在电子封装中，一般使用锡等无铅焊料与铜连接，而锡与铜的焊接温度较高，熔化的锡焊料与焊盘直接接触时，铜与锡会发生界面反应，生成金属间化合物，由于金属间化合物具有较高的脆性，而金属间化合物的厚度越大，则会导致焊点的强度低、键合处的强度降低，进而影响封装的可靠性；为解决该问题，现有技术在铜锡之间插入一层镍层或Ni-W镍基合金阻挡层限制铜原子扩散。如中国专利申请号CN202010942868.9，公告日为2022.10.04，其公开了一种基于石墨烯/锡改性的铜纳米颗粒的铜-铜低温键合方法，其是以铜纳米颗粒、锡纳米颗粒和石墨烯微米片的复合物作为键合材料，在低温下实现两镀铜衬底的键合，该发明也是通过在键合材料中增加了锡纳米层以及石墨烯微米片结构实现低温键合。

对于镍层，若在铜锡之间插入薄纯镍层作为阻挡层，镍会与锡产生反应而快速消耗掉，薄阻挡层会消耗而失效；若在铜锡之间插入过厚的镍层会降低键合焊接的可靠性；对于Ni-W镍基合金阻挡层，镍成为主要扩散元素，形成的Ni₃Sn₄使阻挡层受到拉应力作用，使薄阻挡层产生裂纹，进而会导致阻挡层失效。

发明内容

本发明提供一种基于疏水性铜微米层的低温键合方法，加入化合物剂使镀铟液在铜微米针层表层形成松木状的纳米铟层，与焊料键合后的剪切强度大；加入石墨烯避免了铜与锡的直接接触，延缓了铜锡化合物的生长。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于疏水性铜微米层的低温键合方法，包括以下步骤：

S1、在铜基板上电沉积制备出的铜微米针层。

S2、在镀铟液中加入混合物，混合物包括电解液、聚乙二醇、健那绿和CI离子。

S3、将铜微米针层放在含有混合物的镀铟液中进行电镀，在铜微米针层表层形成松木状的微纳米铟层；得到具有松木状铜铟二级微纳米铟层基板。

S4、将石墨烯均匀覆盖在松木状铜铟二级微纳米铟层上。

S5、将涂有石墨烯的松木状铜铟二级微纳米铟层与Sn-Ag-Cu合金焊球相对设置在超声键合仪上，涂有石墨烯的松木状铜铟二级微纳米铟层与Sn-Ag-Cu合金焊球形成接触区域。

S6、启动超声键合仪和加载机，涂有石墨烯的松木状铜铟二级微纳米铟层与Sn-Ag-Cu合金焊球进行键合。