一种银硅共晶焊接芯片的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102956515A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102956515A(43)申请公布日2013.03.06(21)申请号201210375482.X(22)申请日2012.09.29(71)申请人北京时代民芯科技有限公司地址100076北京市丰台区东高地四营门北路2号申请人北京微电子技术研究所(72)发明人木瑞强吴鹏练滨浩姚全斌(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人安丽(51)Int.Cl.H01L21/60(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称一种银硅共晶焊接芯片的方法(57)摘要本发明涉及一种银硅共晶焊接芯片的方法，该方法无需采用焊片进行导体器件的焊接方法，属于芯片焊接技术领域。将待焊接芯片的一侧进行金属化处理；将载体的一侧进行金属化处理；将待焊接芯片叠放在载体上，给待焊接芯片表面施加配重，然后放入高温炉中；将高温炉升高至合适温度，并保持一定时间后降温至室温，完成焊接。本发明的方法采用银硅共晶焊接可以将工艺温度提高至890～970℃，为后续的高温操作提供了大的工艺窗口；焊接时，不放置焊片，利用芯片与载体的金属结构进行焊接，有效的控制了焊料的融化范围。CN102956ACN102956515A权利要求书1/1页1.一种银硅共晶焊接芯片的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：1)将待焊接芯片的一侧进行金属化处理；2)将载体的一侧进行金属化处理；3)将待焊接芯片叠放在载体上，即将待焊接芯片与载体金属化处理后的两个面接触在一起；然后给待焊接芯片表面施加配重，最后放入高温炉中；4)将高温炉升高至890～970℃，并保持5～8min后降温至室温，完成焊接。2.根据权利要求1所述的一种银硅共晶焊接芯片的方法，其特征在于：步骤1)中金属化处理：是指生长金属层，金属层为三层：第一层为钛，厚度为1500～2000埃米；第二层为镍，厚度为2000～3000埃米；第三层为银，厚度为50000～80000埃米；生长金属层的方法采用溅射或蒸发的方法。3.根据权利要求1所述的一种银硅共晶焊接芯片的方法，其特征在于：步骤2)将金属化处理：是指生长金属层，金属层为两层：第一层为镍，厚度为3000～8000埃米；第二层为银，厚度为70000～100000埃米；生长金属层的方法采用溅射、蒸发、电镀或者化学镀的方法。4.根据权利要求1所述的一种银硅共晶焊接芯片的方法，其特征在于：步骤3)施加配重：根据待焊接芯片面积大小决定，按照每平方毫米的待焊接芯片面积施加配重的质量为0.5～1.2g。2CN102956515A说明书1/4页一种银硅共晶焊接芯片的方法技术领域[0001]本发明涉及一种银硅共晶焊接芯片的方法，该方法无需采用焊片进行导体器件的焊接方法，属于芯片焊接技术领域。背景技术[0002]芯片焊接是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。树脂粘接法由于其热阻及电阻均较大，一般不适合于功率型器件的焊接。金属合金焊接主要是指芯片在一定的压力下，当温度高于共晶温度时，合金融化成液态的共熔体；冷却后，当温度低于共晶温度时，共熔体由液相变为以晶粒形式互相结合的机械混合物，从而形成了牢固的欧姆接触焊接面。[0003]目前金属合金焊接的方法主要有两种：一种是以焊片的形式将半导体芯片焊接到载体上，即在芯片与载体间放置一定焊片，待焊片温度升到一定时，融化成为液态，最后降温，芯片与载体焊接到一起。根据所使用的焊片的成分形状等不同，一般加热的温度与时间也有所区别，一般常用焊片的主体成分包括：金硅、金锗、金锡、铅锡及银铜等，而为了提升焊接效果、导电及导热性能，还会在焊片中添加锡、铟、锌、磷及镍等元素。另一种金属合金焊接的方法是不采用焊片，而是利用芯片与载体表面的金属层的性能，在摩擦、超声、压力等形式能量的作用下，直接焊接到一起，比较典型的应用是晶硅摩擦共晶焊接。芯片在一定的压力下，附以摩擦或超声，界面的金层与硅形成金硅合金共熔体，冷却后形成焊接。发明内容[0004]本发明的目的是为了解决树脂粘接法由于其热阻及电阻均较大，不适于功率型器件的焊接以及金属合金焊接法金硅焊接温度低无法满足后续高温操作的问题，提出一种银硅共晶焊接芯片的方法，该方法为无焊片方法，有效的控制了焊接区域焊料融化的范围。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。[0006]本发明的一种银硅共晶焊接芯片的方法，芯片在一定的压力下，当温度高于共晶温度835度时，银硅合金融化成液态的银硅共熔体；冷却后，当温度低于共晶温度835度时，银硅共熔体由液相变为以晶粒形式互相结合的机械混合物，即银硅共熔晶体而全部凝固，从而