專利名稱：用于在載體上安裝半導(dǎo)體芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在特別是引線框的載體上安裝半導(dǎo)體芯片的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件制造商一直致力于提高其產(chǎn)品的性能同時(shí)降低其制造成本。半導(dǎo)體器件的制造中的成本密集區(qū)是對(duì)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行封裝。如本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，集成電路是在晶片中制作的，其隨后被單片化(singulate)從而產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片。隨后可以將半導(dǎo)體芯片安裝在諸如引線框之類的導(dǎo)電載體上。在安裝工藝期間，半導(dǎo)體芯片可能受到熱應(yīng)力，這可能損壞半導(dǎo)體芯片。


包括附圖以提供對(duì)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且所述附圖被合并在本說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。附圖示出了實(shí)施例并且與描述一起用來(lái)解釋實(shí)施例的原理。將容易認(rèn)識(shí)到其他實(shí)施例以及實(shí)施例的許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)參照下面的詳細(xì)描述而變得更好理解。附圖的元件不一定相對(duì)于彼此按比例繪制。相同的附圖標(biāo)記指代對(duì)應(yīng)的類似部件。圖1A-1C示意性地示出了用于將半導(dǎo)體芯片安裝在載體上的方法的一個(gè)實(shí)施例的剖面 圖2A-2B示意性地示出了用于在半導(dǎo)體芯片上沉積焊料(solder material)的方法的一個(gè)實(shí)施例的剖面 圖3示意性地示出了焊料層的粗糙表面；
圖4示意性地示出了具有幾個(gè)金屬層和一個(gè)焊料層的半導(dǎo)體芯片的一個(gè)實(shí)施例的剖面 圖5示出了具有焊料層的半導(dǎo)體芯片的SEM (掃描電子顯微鏡)圖像；
圖6示出了使用隧道爐將半導(dǎo)體芯片安裝在載體上的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意 圖7A-7E更詳細(xì)地、示意性地示出了圖6的方法的各個(gè)步驟；
圖8示出了用于使用爐中的分批退火工藝將半導(dǎo)體芯片安裝在載體上的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及
圖9示出了安裝在引線框上的功率半導(dǎo)體芯片的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中參照形成本說(shuō)明書的一部分的附圖，其中通過(guò)說(shuō)明的方式示出了其中可以實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這方面，參照所描述的附圖的指向使用了諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“在前”、“在后”等等之類的方向術(shù)語(yǔ)。由于實(shí)施例的組件可以被定位在許多不同的指向中，因此所述方向術(shù)語(yǔ)被用于說(shuō)明的目的而決不是進(jìn)行限制。要理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以利用其他實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此，不要將下面的詳細(xì)描述視為限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。要理解的是，除非明確地另行聲明，否則在這里所描述的各個(gè)示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合。在本說(shuō)明書中所采用的術(shù)語(yǔ)“耦合”和/或“電耦合”并不意味著意指所述元件必須直接耦合在一起；可以在“耦合”或“電耦合”的元件之間提供中間元件。下面描述包含半導(dǎo)體芯片的器件。半導(dǎo)體芯片可以具有不同類型，可以通過(guò)不同技術(shù)制造，并且可以包括例如集成的電、電光或機(jī)電電路或無(wú)源器件。所述集成電路例如可以被設(shè)計(jì)成邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號(hào)集成電路、存儲(chǔ)器電路或集成無(wú)源器件。此外，半導(dǎo)體芯片可以被配置成所謂的MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))，并且可以包括微機(jī)械結(jié)構(gòu)，諸如橋接器、隔膜或舌結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片可以被配置成傳感器或致動(dòng)器，例如壓力傳感器、加速度傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、麥克風(fēng)等等。此外，半導(dǎo)體芯片可以被配置成功率半導(dǎo)體芯片，諸如功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、JFET (結(jié)型柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、功率雙極型晶體管或者功率二極管。特別可以涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，也就是說(shuō)半導(dǎo)體芯片可以被制作成使得電流可以在垂直于半導(dǎo)體芯片的主表面的方向上流動(dòng)。具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片可以特別在其兩個(gè)主表面上具有接觸焊盤，也就是說(shuō)在其頂側(cè)和底側(cè)上具有接觸焊盤。功率半導(dǎo)體芯片可以特別具有垂直結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，功率MOSFET的源極電極和柵極電極可以位于一個(gè)主表面上，同時(shí)功率MOSFET的漏極電極可以被設(shè)置在另一個(gè)主表面上。不需要從例如Si、SiC、SiGe、GaAs的具體半導(dǎo)體材料制造半導(dǎo)體芯片，并且半導(dǎo)體芯片另外可以包含并非半導(dǎo)體的無(wú)機(jī)和/或有機(jī)材料。半導(dǎo)體芯片可以具有接觸焊盤(或者電極或接觸元件)，其允許與包括在半導(dǎo)體芯片中的集成電路進(jìn)行電接觸。所述接觸焊盤可以包括被施加到半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體材料上的一個(gè)或更多金屬層。所述金屬層可以被制造成具有任何所期望的幾何形狀以及任何所期望的材料成分。所述金屬層例如可以具有覆蓋區(qū)域的層的形式。例如鋁、鈦、鎢、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻或鎳釩的任何所期望的金屬或金屬合金可以被用作所述材料。所述金屬層不需要是均勻的或者從僅僅一種材料制造的，也就是說(shuō)包含在所述金屬層中的各種材料成分和濃度都是可能的。所述接觸焊盤可以位于半導(dǎo)體芯片的活性主表面上，或者位于半導(dǎo)體芯片的其他表面上?？梢詫⒑噶铣练e在半導(dǎo)體芯片上。例如AuSn、AgSn、CuSn、Sn、AgIn、In或CuIn可以被用作焊料。焊料表面可以具有一定粗糙度?？梢詫雽?dǎo)體芯片放置在載體上。可以將半導(dǎo)體芯片按壓在載體上，使得先前被沉積在半導(dǎo)體芯片上的焊料變形并且在半導(dǎo)體芯片與載體之間產(chǎn)生閉形接合。所述載體可以具有任何形狀、尺寸和材料。在所述器件的制作期間可以將載體彼此連接。所述載體還可以由單件制成?？梢酝ㄟ^(guò)連接裝置將載體彼此連接，其目的是在制作過(guò)程中將一些載體分離?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械鋸削、激光束、切割、沖壓、銑削、蝕刻或者任何其他適當(dāng)方法來(lái)實(shí)施載體分離。所述載體可以是導(dǎo)電的。它們可以完全由金屬或金屬合金制作，特別是銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼或者其他適當(dāng)材料。所述載體可以例如是引線框或者引線框的一部分。此外，所述載體可以鍍有導(dǎo)電材料，例如銅、銀、鐵鎳或鎳磷。在一個(gè)實(shí)施例中，所述載體是復(fù)合基板，例如DCB (直接銅結(jié)合)，其是在其頂表面和底表面上具有銅層的陶瓷基、板。下面描述的器件可以包括可以具有任何形狀和尺寸的外部接觸焊盤(或外部接觸元件)。所述外部接觸焊盤可以從所述器件的外部可接近，因而可以允許與半導(dǎo)體芯片進(jìn)行電接觸。此外，外部接觸焊盤可以是導(dǎo)熱的，并且可以充當(dāng)吸熱器以用于耗散由半導(dǎo)體芯片生成的熱量。所述外部接觸焊盤可以由任何所期望的導(dǎo)電材料組成，諸如銅、鋁或金之類的金屬、金屬合金或者導(dǎo)電有機(jī)材料?？梢栽谕獠拷佑|焊盤上沉積諸如焊球或焊點(diǎn)(solderbump)之類的焊料。可以用封裝材料覆蓋半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體芯片的至少部分，所述封裝材料可以是電絕緣的并且可以形成封裝體。所述封裝材料可以是任何適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)塑料、熱塑或熱固材 料或者層壓材料(預(yù)浸材料)，并且可以包含填料?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)來(lái)利用封裝材料封裝半導(dǎo)體芯片，例如壓縮模塑、注射模塑、粉末模塑、液體模塑或?qū)訅??？梢允褂脽崃亢?或壓力來(lái)施加所述封裝材料。圖1A-1C示意性地示出了一種用于將半導(dǎo)體芯片安裝在載體上的方法。圖IA不意性地不出了半導(dǎo)體芯片10,其具有第一主表面11和與第一主表面11相對(duì)的第二主表面12。在半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上沉積一層焊料13。該層焊料13，特別是該層的背對(duì)半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11的表面14，可以具有至少Iym的粗糙度。圖IB示意性地示出了其上放置半導(dǎo)體芯片10的載體15，其中半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11面向載體15。利用力F將半導(dǎo)體芯片10按壓在載體15上,使得對(duì)于第一主表面11的每mm2的表面積施加至少I牛頓的壓力。圖IC示意性地示出了將焊料13加熱到溫度T以便將半導(dǎo)體芯片10牢固地附著到載體15上。圖2A-2B示意性地示出了一種用于在半導(dǎo)體芯片上沉積焊料的方法。圖2A示意性地示出了半導(dǎo)體芯片10的剖面，其中其第一主表面11面向上并且其第二主表面12面向下。允許與包括在半導(dǎo)體芯片10中的集成電路進(jìn)行電接觸的接觸焊盤可以位于第一主表面11上。所述接觸焊盤可以是半導(dǎo)體材料中的摻雜區(qū)段。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2A中示出的半導(dǎo)體芯片10仍是半導(dǎo)體晶片的一部分。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體芯片10已經(jīng)被從半導(dǎo)體晶片中單片化。圖2B不意性地不出了沉積在半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上的一層焊料13。所述焊料13覆蓋位于半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上的接觸焊盤，并且特別可以覆蓋整個(gè)第一主表面11。焊料13的表面14具有一定的最小粗糙度。例如，表面14可以具有至少Ιμπι或1.5μηι或2μηι的粗糙度。焊料13可以包含任何適當(dāng)材料,例如Sn、AuSn > AgSn >CuSn、AgIn、In或Culn。如果半導(dǎo)體芯片10在焊料13的沉積期間仍然處于晶片結(jié)合中，貝Ij在沉積焊料13之后從半導(dǎo)體晶片中將半導(dǎo)體芯片10單片化。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用濺射工藝來(lái)沉積焊料13。在這種情況下，沉積速率被設(shè)定到獲得所沉積的焊料13的所期望的表面粗糙度的這種值。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)電化學(xué)沉積工藝來(lái)沉積焊料13。為此，將包含焊料顆粒的溶液施加到半導(dǎo)體芯片10上，并且在半導(dǎo)體芯片10與參考電極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷?，使得焊料顆粒沉積在半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上。此外，溶液包含還在第一主表面11上沉積的添加劑。焊料層13不在沉積有添加劑的位置處生長(zhǎng)，這導(dǎo)致焊料層13的粗糙表面。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11具有一定的表面粗糙度，這例如可以通過(guò)蝕刻步驟產(chǎn)生。隨后被沉積在第一主表面11上的該層焊料13具有與第一主表面11相同或類似的粗糙度。圖3示出了由焊料13制成的所述層的表面粗糙度的理想化模型。在該模型中，該層的表面14具有平均高度為h并且平均峰峰距離為d的尖峰16。表面14的粗糙度的波長(zhǎng)可以大約是平均尖峰高度h。所述波長(zhǎng)還可以顯著小于第一主表面11的尺度。平均尖峰高度h可以處在從I μ m到5 μ m的范圍內(nèi)，并且特別處在從I μ m到2 μ m的范圍內(nèi)。平均峰峰距離d可以處在從2 μ m到10 μ m的范圍內(nèi)，并且特別處在從3 μ m到5 μ m的范圍內(nèi)。特別地，當(dāng)?shù)谝恢鞅砻?1具有高達(dá)IOmm2的尺寸時(shí)，針對(duì)平均尖峰高度h和平均峰峰距離d的這些值是有效的。對(duì)于更大的表面積，可以對(duì)表面粗糙度的參數(shù)進(jìn)行適配。在一個(gè)實(shí)施 例中，由焊料13制成的所述層的表面粗糙度由平均尖峰高度h表征。在一個(gè)實(shí)施例中，由焊料13制成的所述層的表面粗糙度由平均尖峰高度h和平均峰峰距離d表征。在一個(gè)實(shí)施例中，被施加到半導(dǎo)體芯片10的焊料13具有一定的延展性。延展性是一種機(jī)械屬性，其描述固體材料在不斷裂的情況下可以塑性變形的程度。對(duì)延展性的度量是屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度。屈服應(yīng)力是屈服點(diǎn)下的應(yīng)力。在實(shí)踐中，屈服應(yīng)力被選擇成使其導(dǎo)致O. 002的永久應(yīng)變。屈服強(qiáng)度被定義為實(shí)際是發(fā)生材料的原始尺度的O. 2%的永久變形時(shí)的應(yīng)力水平的屈服應(yīng)力，并且被定義為材料在其永久變形之前可以耐受應(yīng)力的應(yīng)力水平。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積在半導(dǎo)體芯片10上的焊料13的屈服應(yīng)力具有處在從IOMpa到200Mpa的范圍內(nèi)的屈服應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積在半導(dǎo)體芯片10上的焊料13的屈服強(qiáng)度具有處在從IOMpa到200Mpa的范圍內(nèi)的屈服強(qiáng)度。焊料13可以如圖2B中所示的那樣被直接沉積到半導(dǎo)體芯片10的半導(dǎo)體材料上。圖4示意性地示出了一個(gè)實(shí)施例，其中在半導(dǎo)體芯片10的半導(dǎo)體材料與所述焊料13層之間設(shè)置一個(gè)或更多金屬層。在圖4中，在將焊料13施加到金屬層22之前，在半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上沉積金屬層20、21和22?？梢酝ㄟ^(guò)真空沉積方法(諸如濺射)或者其他適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)沉積方法來(lái)沉積金屬層20-22。每一個(gè)所述金屬層20-22可以具有處在從50nm到300nm的范圍內(nèi)的厚度,但是還可以更薄或更厚。招、鈦、鶴、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻、鎳釩或者其他適當(dāng)?shù)慕饘倩蚪饘俸辖鹂梢员挥米鹘饘賹?0-22的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，在金屬層20與21和/或金屬層21與22之間設(shè)置一個(gè)或更多附加金屬層。金屬層20可以用來(lái)與半導(dǎo)體芯片10進(jìn)行電接觸。金屬層21的功能可以是擴(kuò)散屏障的功能，其保護(hù)半導(dǎo)體芯片10的半導(dǎo)體材料在焊接工藝期間免受焊料13的影響。金屬層22可以充當(dāng)粘附層，其使得焊料13能夠粘附到半導(dǎo)體芯片10上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,半導(dǎo)體芯片10具有垂直結(jié)構(gòu)，因而在兩個(gè)主表面11和12上都具有接觸焊盤或電極。圖4中所示的半導(dǎo)體芯片10具有位于與第一主表面11相對(duì)的第二主表面12上的接觸焊盤24和25。接觸焊盤24和25可以包括一個(gè)或更多金屬層。半導(dǎo)體芯片10例如可以是功率半導(dǎo)體芯片，諸如功率晶體管、功率二極管或IGBT0在功率MOSFET的情況下，位于第一主表面11上的接觸焊盤是漏極電極，并且接觸焊盤24和25分別是源極電極和柵極電極。圖5示出了作為圖4中所示的實(shí)施例的示例的半導(dǎo)體芯片10的SBK掃描電子顯微鏡)圖像。在半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11上沉積下面的層金屬層20,金屬層21,金屬層22，以及具有粗糙表面14的一層焊料13。圖6示出了一種用于在載體15上安裝半導(dǎo)體芯片10的方法的示意圖。圖6示出了撿取單個(gè)半導(dǎo)體芯片10并且將半導(dǎo)體芯片10放置在載體15上的管芯結(jié)合器30。將載體15定位在傳送器31上。傳送器31例如由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且在圖6中所示的方向X上與半導(dǎo)體芯片10 —起移動(dòng)載體1 5。在把半導(dǎo)體芯片10放置在載體15上之后，載體15和半導(dǎo)體芯片10穿過(guò)隧道爐32。在圖6中還示出了隧道爐32的溫度分布。還可以使用不同于圖6中所示的隧道分布的溫度分布。隧道爐32的溫度分布例如可以包括具有上升溫度的部分以及具有下降溫度的后續(xù)部分。圖7A-7E更詳細(xì)地、示意性地示出了圖6的方法的步驟。圖7A示意性地示出了管芯結(jié)合器30，其在加載位置處撿取半導(dǎo)體芯片10并且把半導(dǎo)體芯片10移動(dòng)到結(jié)合位置。管芯結(jié)合器30通過(guò)半導(dǎo)體芯片10的第二主表面12保持半導(dǎo)體芯片10，使得半導(dǎo)體芯片10的第一主表面11并且因而使得焊料13層面向載體15。在圖7A的實(shí)施例中，焊料13被直接附著到半導(dǎo)體芯片10上。還可以規(guī)定將一個(gè)或更多金屬層設(shè)置在半導(dǎo)體芯片10與焊料13之間，例如如圖4或5中所示出的那樣。載體15可以由導(dǎo)電材料制成，諸如金屬或金屬合金，例如銅、銅合金、鐵鎳或其他適當(dāng)材料。載體15可以是引線框或者引線框的一部分，諸如管芯焊盤。此外，載體15可以涂覆有導(dǎo)電材料，例如銅、銀、鐵鎳或鎳磷。載體15具有表面33，在該表面33上放置半導(dǎo)體芯片10。在一個(gè)實(shí)施例中，載體15是復(fù)合基板，例如包括陶瓷基板以及設(shè)置在所述陶瓷基板的頂表面和底表面上的銅層的DCB。圖7B示意性地示出了管芯結(jié)合器30，其將半導(dǎo)體芯片10放置在載體15的表面33上。管芯結(jié)合器30將力F施加到半導(dǎo)體芯片10上，使得將半導(dǎo)體芯片10按壓在載體15上。力F可以被施加達(dá)至少10ms。還有可能施加力F達(dá)更長(zhǎng)得多的時(shí)間。由于圖7B中所示出的工藝步驟不涉及溫度步驟，因此管芯附著時(shí)間可以相對(duì)短。力F導(dǎo)致焊料13上的壓力，所述壓力是第一主表面11的每mm2的表面積至少I牛頓。還可以規(guī)定生成更高的壓力，例如第一主表面11的每mm2的表面積從3到100牛頓的范圍內(nèi)的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力可以高于2或3或5或10牛頓每mm2。由于焊料13的粗糙表面14，當(dāng)半導(dǎo)體芯片10被放置在載體15上時(shí)，僅僅表面14的一些點(diǎn)(即圖3中所示的尖峰16)與載體15接觸。由管芯結(jié)合器30施加在焊料13上的壓力高到足以使焊料13局部變形并且在半導(dǎo)體芯片10與載體15之間產(chǎn)生機(jī)械連接。特別地，焊料13上的壓力導(dǎo)致焊料13的與載體15接觸的部分穿透到載體15的表面33中的溝槽中，所述溝槽是由于載體15的制造所導(dǎo)致的。因而，焊料13的表面14適配于載體15的表面33的形狀。這便于機(jī)械結(jié)合，特別是半導(dǎo)體芯片10與載體15的閉形接合。半導(dǎo)體芯片10與載體15之間的機(jī)械連接確保當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)向前移動(dòng)傳送器31時(shí)，半導(dǎo)體芯片10關(guān)于載體15沒有位置偏移。圖7C示意性地示出了從半導(dǎo)體芯片10釋放管芯結(jié)合器30，隨后將載體15與半導(dǎo)體芯片10 —起引入到隧道爐32中的位置X1 (還參見圖6中的溫度分布)。在位置X1處，將焊料13暴露于溫度T1，所述溫度T1低于焊料13的熔融溫度Tnrelt (在圖6中指示了焊料13的熔融溫度Tmelt)。溫度T1導(dǎo)致焊料13與載體15之間的界面處的固態(tài)擴(kuò)散，并且導(dǎo)致形成金屬間相34。焊料13與載體15之間的界面處的金屬間相34具有高于焊料13的熔融
溫度Tmglt的溶融溫度。圖7D示意性地示出了處于隧道爐32中的位置X2處的半導(dǎo)體芯片10和載體15。在位置X2處，焊料13被暴露于高于焊料13的熔融溫度Tnrelt的溫度T2，這導(dǎo)致剩余的焊料13熔融。然而金屬間相34不會(huì)在溫度T2下熔融，因而在該工藝步驟期間將半導(dǎo)體芯片10保持就位。溫度T2可以比焊料13的熔融溫度Tmelt高10-20°C，即溫度T2可以處在從Tmelt+10°C到Tmelt+20°C的范圍內(nèi)。溫度T2特別可以高于Tmelt+20°C。例如，如果錫被用作熔融溫度Tmelt為232°C的焊料13，則溫度T2可以約為250°C。圖7E示意性地示出了處于隧道爐32中的位置X3處的半導(dǎo)體芯片10和載體15。 在位置X3處，焊料13被暴露于溫度T3,該溫度T3高于焊料13的熔融溫度Tmelt。所有低熔點(diǎn)焊料13在這一階段都已完全轉(zhuǎn)化，即它已完全變成金屬間相35。由金屬間相35產(chǎn)生的半導(dǎo)體芯片10與載體15之間的金屬接合能夠耐受高溫，是高度機(jī)械穩(wěn)定的并且表現(xiàn)出高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。半導(dǎo)體芯片10和載體15在隧道爐32中暴露于圖6的溫度分布的時(shí)間可以高于10s，并且特別高于60s。可以規(guī)定隧道爐32中的溫度低于1'1^+1001或1'1^+501或Tmelt+30°C或Tmelt+25°C或Tmelt+20°C，其中Tmelt是所用焊料13的熔融溫度。隧道爐32中的溫度例如可以低于800°C或700°C或600°C或500°C或400°C或300°C。由于將半導(dǎo)體芯片10結(jié)合到載體15所必需的低溫，向半導(dǎo)體芯片10和載體15的系統(tǒng)中引發(fā)僅僅很小的應(yīng)力，這導(dǎo)致可靠性提高。此外，所述低溫導(dǎo)致載體15的僅僅很小的熱膨脹，因而確保半導(dǎo)體芯片10的精確定位和對(duì)準(zhǔn)。此外，由于焊料13不必高度富含有金，因此生產(chǎn)成本得以減小。在這里所描述的方法還允許無(wú)引線芯片安裝。圖8示出了用于將半導(dǎo)體芯片10安裝在載體15上的另一種方法的示意圖。與圖6的方法類似，管芯結(jié)合器30撿取單個(gè)半導(dǎo)體芯片10并且通過(guò)施加力F將半導(dǎo)體芯片10結(jié)合到載體15上，如上面關(guān)于圖7A-7B所描述的那樣。此后，不把載體15和半導(dǎo)體芯片10穿過(guò)隧道爐32，而是將它們放置在儲(chǔ)匣(magazine) 36中。也可以將另外的附著有半導(dǎo)體芯片10的載體15放置在儲(chǔ)匣36中。隨后把儲(chǔ)匣36以及可能另外的儲(chǔ)匣36放置在爐37中，其中對(duì)在半導(dǎo)體芯片10與載體15之間的界面處的焊料13施加如圖6中所示的溫度分布。圖9示意性地示出了一個(gè)實(shí)施例，其中載體15是引線框的管芯焊盤。半導(dǎo)體芯片10通過(guò)其第一主表面11附著到載體15的表面33上，如圖7E中所示出的那樣。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片10是功率M0SFET，其源極電極24和柵極電極25位于其第二主表面12上。所述引線框還包括引線或焊盤38和39。源極電極24和柵極電極25分別借助于結(jié)合線40和41或者任何其他適當(dāng)?shù)鸟詈涎b置(諸如金屬夾或金屬層)電耦合到引線或焊盤38和39。所述引線或焊盤38和39可以具有外部接觸元件的功能。此外，半導(dǎo)體芯片10可以覆蓋有封裝材料。雖然可能關(guān)于幾種實(shí)現(xiàn)方式的僅僅一種公開了本發(fā)明的實(shí)施例的特定特征或方面，但是可以將這樣的特征或方面與其他實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)或更多其他特征或方面相組合，如對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用可能期望并且有利的那樣。此外，就在詳細(xì)描述或權(quán)利要求書中使用術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”、“帶有”或它們的其他變型來(lái)說(shuō)，這樣的術(shù)語(yǔ)意圖是以與術(shù)語(yǔ)“包含”類似的方式包含性的。此外應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以被實(shí)施在分立電路、部分集成電路或完全集成電路或者編程裝置中。此外，術(shù)語(yǔ)“示例性”僅僅意味著作為示例，而不是最佳的或最優(yōu)的。還要認(rèn)識(shí)到在這里所描述的特征和/或元素是出于簡(jiǎn)單及易于理解的目的而以相對(duì)于彼此的特定尺度示出的，并且實(shí)際的尺度可能與在這里所示出的尺度有很大不同。 盡管在這里示出并描述了具體的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以用多種替換和/或等效實(shí)現(xiàn)方式來(lái)替代所示出并描述的具體實(shí)施例。本申請(qǐng)意圖涵蓋在這里所討論的具體實(shí)施例的任何適配或變型。因此，意圖是本發(fā)明僅由權(quán)利要求書及其等效表述限制。權(quán)利要求
1.一種方法，包括 提供具有第一主表面和沉積在第一主表面上的焊料層的半導(dǎo)體芯片，其中所述焊料層具有至少Iym的粗糖度； 將半導(dǎo)體芯片放置在載體上，其中半導(dǎo)體芯片的第一主表面面向所述載體，其中以第一主表面的每_2的表面積至少I牛頓的壓力將半導(dǎo)體芯片按壓在所述載體上；以及對(duì)焊料施加熱量。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述載體是引線框。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述半導(dǎo)體芯片是功率半導(dǎo)體芯片。
4.權(quán)利要求I的方法，其中對(duì)焊料施加熱量包括施加熱量使得焊料的溫度低于600。。。
5.權(quán)利要求I的方法，其中施加熱量包括對(duì)焊料施加熱量達(dá)至少10分鐘。
6.權(quán)利要求I的方法，其中被用來(lái)將半導(dǎo)體芯片按壓在載體上的壓力高到足以超出與所述載體直接接觸的所述焊料的部分的屈服點(diǎn)。
7.權(quán)利要求I的方法，其中將半導(dǎo)體芯片按壓在載體上以產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片與載體的閉形接合。
8.權(quán)利要求I的方法，其中對(duì)半導(dǎo)體芯片施加第一主表面的每mm2的表面積至少I牛頓的壓力達(dá)至少10ms。
9.權(quán)利要求I的方法，其中對(duì)焊料施加熱量發(fā)生在已將半導(dǎo)體芯片按壓在載體上之后。
10.權(quán)利要求I的方法，還包括在把半導(dǎo)體芯片放置在載體上之后通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)向前移動(dòng)所述載體。
11.權(quán)利要求I的方法,其中焊料的屈服應(yīng)力處在IOMpa與200Mpa之間的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求I的方法，其中焊料的屈服強(qiáng)度處在IOMpa與200Mpa之間的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求I的方法，其中對(duì)焊料施加熱量包括把焊料加熱到低于所述焊料的熔融溫度的第一溫度。
14.權(quán)利要求13的方法，其中對(duì)焊料施加熱量還包括把焊料加熱到高于所述焊料的熔融溫度的第二溫度。
15.權(quán)利要求14的方法,其中第二溫度低于600°C。
16.權(quán)利要求14的方法，其中第二溫度低于焊料的熔融溫度加上50°C。
17.權(quán)利要求14的方法，其中在把焊料加熱到第一溫度的步驟之后執(zhí)行把焊料加熱到第二溫度的步驟。
18.一種方法，包括 提供具有第一主表面和沉積在第一主表面上的焊料層的半導(dǎo)體芯片，其中所述焊料層具有至少Iym的粗糙度并且所述焊料具有處在IOMpa與200Mpa之間的范圍內(nèi)的屈服強(qiáng)度； 將半導(dǎo)體芯片放置在引線框上，其中半導(dǎo)體芯片的第一主表面面向所述引線框，其中以第一主表面的每_2的表面積至少I牛頓的壓力將半導(dǎo)體芯片按壓在所述引線框上；以及 在把半導(dǎo)體芯片放置在引線框上之后對(duì)焊料施加熱量。
19.權(quán)利要求18的方法，其中將半導(dǎo)體芯片按壓在引線框上以產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片與引線框的閉形接合。
20.—種方法,包括 提供具有第一主表面和沉積在第一主表面上的焊料層的半導(dǎo)體芯片，其中所述焊料層具有至少Iym的粗糖度； 將半導(dǎo)體芯片按壓在載體上，其中半導(dǎo)體芯片的第一主表面面向所述載體，以產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片與載體的閉形接合；以及 對(duì)焊料施加熱量。
21.權(quán)利要求20的方法，其中對(duì)焊料施加熱量發(fā)生在產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片與載體的閉形接合之后。
22.權(quán)利要求20的方法，其中對(duì)焊料施加熱量包括對(duì)焊料施加第一溫度，所述第一溫度低于所述焊料的熔融溫度。
23.權(quán)利要求22的方法，其中對(duì)焊料施加熱量還包括對(duì)焊料施加第二溫度，所述第二溫度高于所述焊料的熔融溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在載體上安裝半導(dǎo)體芯片的方法。一種方法包括提供具有第一主表面和沉積在第一主表面上的焊料層的半導(dǎo)體芯片，其中所述焊料層具有至少1μm的粗糙度。將半導(dǎo)體芯片放置在載體上，其中半導(dǎo)體芯片的第一主表面面向所述載體。以第一主表面的每mm2的表面積至少1牛頓的壓力將半導(dǎo)體芯片按壓在所述載體上，并且對(duì)焊料施加熱量。
文檔編號(hào)H01L21/58GK102637610SQ20121002973
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者A.海因里希, K.勒斯?fàn)? O.艾興格 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司