一種降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法及封裝芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子封裝特別是半導(dǎo)體芯片封裝領(lǐng)域，具體的涉及一種降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法以及具備低熱應(yīng)力的封裝芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]電鍛(Electroplating)就是利用電解原理在某些導(dǎo)電材料表面鍛上一薄層其它金屬或合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝。目前，在電子封裝領(lǐng)域，因電鍍的成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，鍵合釬料經(jīng)常采用電鍍的方法制作，并且一般通過電鍍多層單金屬或直接電鍍釬料合金。電鍍后的金屬通過高溫、加壓的方式將芯片與基板焊接起來，最終實(shí)現(xiàn)芯片晶圓級鍵合的目的。
[0003]封裝芯片中的芯片和基板屬于不同的材料，在將芯片與基板焊接時，基于熱脹冷縮的屬性，兩種材料分別發(fā)生體積變化，因?yàn)檫@種材料的熱膨脹系數(shù)不相同，體積變化不同步，在結(jié)合處會產(chǎn)生界面熱應(yīng)力，如果兩種材料結(jié)合緊密，會導(dǎo)致復(fù)合材料彎曲，如果兩種材料結(jié)合力小于熱應(yīng)力，兩種材料的界面會發(fā)生變形錯配，導(dǎo)致脫層。
[0004]在半導(dǎo)體芯片封裝過程中，往往需要在較高的溫度下進(jìn)行鍵合，而芯片、釬料和基板因熱膨脹系數(shù)不同會在界面處產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致芯片變形甚至斷裂，從而極大地影響器件的可靠性和使用性。因此，降低芯片與基板鍵合時產(chǎn)生的熱應(yīng)力是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能有效降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其通過在電鍍液中添加導(dǎo)電不溶性物質(zhì)作為緩沖劑，來緩沖高溫鍵合時因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
[0006]本發(fā)明的目的還在于提供一種具備良好鍵合穩(wěn)定性的封裝芯片，該封裝芯片的熱穩(wěn)定性高，并且鍍層的耐磨性強(qiáng)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，包括:
采用電鍍的方法在芯片和基板上制作釬料，所使用的電鍍液中添加有微納級導(dǎo)電不溶性顆粒。
[0008]進(jìn)一步的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的顆粒直徑優(yōu)選為0.01?10 μ m，顆粒形狀包括但不限于球形、橢球形和不規(guī)則形狀。
[0009]優(yōu)選的，所述電鍍液中微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的溶解度小于或等于lg/L。
[0010]優(yōu)選的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于釬料與基體的熱膨脹系數(shù)之間。
[0011]優(yōu)選的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的電阻率小于或等于0.1 Ω.m。
[0012]進(jìn)一步的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒包括但不限于碳化硅或銀。
[0013]進(jìn)一步，所述方法包括:在進(jìn)行電鍍時，使微納級導(dǎo)電不溶性顆粒于電鍍液中均勻分布。
[0014]本發(fā)明還提供了一種封裝芯片，半導(dǎo)體芯片和基板間通過電鍍的釬料進(jìn)行鍵合，其特征在于所述釬料中含有微納級導(dǎo)電不溶性顆粒，該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的顆粒直徑為 0.01 ?10 μ m。
[0015]優(yōu)選的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的電阻率小于或等于0.1 Ω.m。
[0016]優(yōu)選的，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于釬料與基體的熱膨脹系數(shù)之間。
[0017]本發(fā)明中，微納級導(dǎo)電不溶性顆粒作為緩沖劑添加在電鍍液中，該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒一般采用熱膨脹系數(shù)介于不同合金元素之間的物質(zhì)，或者該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于合金釬料與基體的熱膨脹系數(shù)之間。導(dǎo)電不溶性顆粒制作成微米或納米級，顆粒的直徑范圍可以為0.01??ομπι。為保證該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒以該微納級顆粒存在于電鍍層中，要求該微納級導(dǎo)電不溶顆粒在電鍍液中的溶解度應(yīng)較低，一般要求其溶解度小于或等于lg/L，并且電阻率小于或等于0.1 Ω.πι。一般常用的該微納級導(dǎo)電不溶性顆?？梢赃x用碳化硅、銀等導(dǎo)電、基本不溶物質(zhì)。微納級導(dǎo)電不溶性顆粒于電鍍液中的添加濃度小于或等于10g/L，為保證微納級導(dǎo)電不溶性顆粒在電鍍液中的分配均勻度，可以采用攪拌方式使其均勻分布。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:該降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法簡單有效，由于微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于基板和釬料之間，進(jìn)行高溫鍵合時，該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒能夠?qū)σ驘崤蛎浵禂?shù)差異導(dǎo)致芯片和基板之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力得到有效緩沖。另外本發(fā)明還可有效改善鍍層的表面形貌，增強(qiáng)鍍層的耐磨性，同時不影響后續(xù)的高溫鍵合質(zhì)量。
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
采用碳化硅作為微納級導(dǎo)電不溶性顆粒作為銅電鍍液的緩沖劑。
[0021]其中，銅電鍍液可由市售途徑獲取或自制，其組分如下:硫酸銅(CuS04.5H20)，硫酸(H2SO4),氯尚子(Cl )添加劑，以及余量的水。
[0022]將基本不溶于銅電鍍液的微納級導(dǎo)電不溶性顆粒碳化硅添加至銅電鍍液中，添加的濃度為2.5g/L,碳化硅的顆粒直徑為0.01?10 μ m，碳化硅在銅電鍍液中的溶解度小于lg/L。碳化硅的電阻率為0.002 Ω * m0
[0023]攪拌銅電鍍液至碳化硅顆粒均勻分布于電鍍液中。
[0024]采用電鍍的方法在芯片和基板上制備Sn-Cu釬料，將芯片和基本在高溫下加壓進(jìn)行鍵合。
[0025]對照組:取與實(shí)施例1相同的銅電鍍液，但不添加碳化硅，并按照實(shí)施例1的方式進(jìn)行電鍛和鍵合。
[0026]對實(shí)施例1和對照組鍵合后產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)力測試，其中采用的測試儀器為Dektakl50,掃描長度2cm,經(jīng)多次試驗(yàn)后,可以獲知:
對照組產(chǎn)品的最大形變值約6微米，而實(shí)施例1產(chǎn)品的形變值約3微米，換言之，對照組產(chǎn)品的最大形變值是實(shí)施例1產(chǎn)品的2倍。由此可以證明，該釬料鍵合后的熱穩(wěn)定性明顯高于不添加微納級導(dǎo)電不溶性顆粒碳化硅的同類釬料。
[0027]并且，本發(fā)明電鍍得到的鍍層的表面具有較好的摩擦力和抗磨性，對高溫壓力鍵合無影響。
[0028]實(shí)施例2:
采用銀作為微納級導(dǎo)電不溶性顆粒作為銅電鍍液的緩沖劑。該銅電鍍液的組分與實(shí)施例I基本相同。
[0029]將基本不溶于錫電鍍液的微納級導(dǎo)電不溶性顆粒銀添加至錫電鍍液中，添加的濃度為5g/L，銀的顆粒直徑為0.01?10 μ m,銀在錫電鍍液中的溶解度小于lg/L。銀的電阻率為 1.65X 10 8Ω.π?ο
[0030]攪拌銅電鍍液至碳化硅顆粒均勻分布于電鍍液中。
[0031]采用電鍍的方法在芯片和基板上制備Sn-Ag-Cu釬料，將芯片和基本在高溫下加壓進(jìn)行鍵合。
[0032]經(jīng)檢測，該釬料鍵合后的熱穩(wěn)定性明顯高于不添加微納級導(dǎo)電不溶性顆粒銀的同類釬料。并且本發(fā)明電鍍得到的鍍層的表面具有較好的摩擦力和抗磨性，對高溫壓力鍵合無影響。
[0033]以上僅是本發(fā)明的兩個較佳應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)由本發(fā)明技術(shù)方案之啟示，亦可想到采用上述方案制備不同的釬料體系，或采用不同的方式向釬料中添加緩沖劑。但是，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述方法包括:采用電鍍的方法在芯片和基板上制作釬料，所使用的電鍍液中添加有微納級導(dǎo)電不溶性顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的顆粒直徑為0.0l?10 μ m，顆粒形狀包括球形、橢球形或不規(guī)則形狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述電鍍液中微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的溶解度小于或等于lg/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于釬料與基體的熱膨脹系數(shù)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的電阻率小于或等于0.1 Ω.m。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒包括碳化硅或銀。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括:在進(jìn)行電鍍時，使微納級導(dǎo)電不溶性顆粒于電鍍液中均勻分布。8.—種封裝芯片，其中半導(dǎo)體芯片和基板間通過電鍍的釬料進(jìn)行鍵合，其特征在于所述釬料中含有微納級導(dǎo)電不溶性顆粒，所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的顆粒直徑為0.01?10 μ m09.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封裝芯片，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的電阻率小于或等于0.1 Ω.m。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封裝芯片，其特征在于所述微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于釬料與基體的熱膨脹系數(shù)之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法及封裝芯片，所述方法包括采用電鍍的方法在芯片和基板上制作釬料，所使用的電鍍液中添加有微納級導(dǎo)電不溶性顆粒。該降低釬料鍵合熱應(yīng)力的方法簡單有效，由于微納級導(dǎo)電不溶性顆粒的熱膨脹系數(shù)介于基板和釬料之間，進(jìn)行高溫鍵合時，該微納級導(dǎo)電不溶性顆粒能夠?qū)σ驘崤蛎浵禂?shù)差異導(dǎo)致芯片和基板之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力進(jìn)行有效緩沖。另外本發(fā)明還可有效改善鍍層的表面形貌，增強(qiáng)鍍層的耐磨性，同時不影響后續(xù)的高溫鍵合質(zhì)量。
【IPC分類】C25D7/00, C25D15/00
【公開號】CN105525332
【申請?zhí)枴緾N201410577345
【發(fā)明人】俞挺, 丁海艦, 王敏銳
【申請人】中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2014年10月24日