[发明专利]焊球阵列用作高度垫块及焊料固定物

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种半导体功率器件的贴片方法，更确切的说，本发明旨在提供一种在芯片的粘贴步骤中利用焊球阵列作为高度垫块及焊料固定物的方法。

背景技术

将芯片与引线框架粘合起来的步骤中，焊料的厚度控制对应用软焊料或焊锡膏或导电银浆的功率器件非常重要，诸多因素都会影响到焊料的厚度，例如芯片背部金属的成分、背部金属的的粗糙度，以及焊料浸润的好坏、引线框架的表面洁净度等。正因为焊料的厚度控制变得复杂起来，所导致的各种可靠性问题也随之而来。

在图1A所示的在竖直方向的截面图中，芯片102通过焊料101被粘贴在具有良好导电性能的金属基座100上，涂覆在基座100顶面的具导电性的焊料101的初始厚度D₁，是我们原本所期望的最终厚度。但在实际生产中，经回流工序的焊料101在回流炉中的一个时间段内会呈现为熔融状态，导致此时间段内的焊料101大致上可以被看作是一个稠密的液态焊料池。一旦芯片102被下压至该焊料池之上时，芯片102就可能会在焊料池中向下塌陷下沉一段距离，如图1B所示，以致芯片102的底面离金属基座100的顶面的距离变小，焊料101的实际厚度D₂小于期望的厚度D₁。这一现象带来的不利影响之一就是，环绕在芯片101周边的焊料101极易顺着其侧壁攀爬至芯片102的正面，进一步腐蚀正面一侧的集成电路单元或造成短路，虽然这一过程相对缓慢，但芯片102的可靠性已经大大降低。

另外，位于焊料池之上的芯片102相当于漂浮在焊料池中，在图1C所示的俯视图中，如果定义垂直于基座100所在的平面的方向为垂直方向，则芯片102还有可能会在水平方向上沿顺时针或逆时针的方向旋转一个角度，这一现象往往是焊料熔化时自身的表面张力而导致芯片的自发、随机的动作，当芯片的尺寸越小时这一现象就愈明显。通常，芯片102的正面沿其周边设有多个金属焊盘102a，用作芯片的电极或是与外界进行信号传输的端子，如果芯片102相对于基座100的位置发生了旋转，该些金属焊盘102a的位置自然也就随之发生偏移。在引线键合制程中，往往需要在金属焊盘102a上键合一些金属引线，如果金属焊盘102a的位置偏移量超出了劈刀/瓷嘴（Bonding tool）自身的调整范围，引线将无法正常的键合到金属焊盘102a上，甚至是将引线端部击中在金属焊盘102a附近的绝缘钝化层上，这将破坏钝化层下方的电路单元，这是我们所不愿看到的。

当前已有的技术方案提供了一些解决上述问题的手段，例如开发出能够改善焊料厚度的软焊料，其成分及比例得到优化，如Pb5Sn2.5Ag0.05Te。或者将芯片设计成含有金属凸点的芯片再实施倒装焊接以辅助控制焊料的厚度。也有在引线框架的表面覆盖涂层以限制焊料的浸润程度来达到防止芯片旋转的目的等。正是鉴于这些方法的成本不菲并且效果欠佳，所以提出了下文的发明内容。

发明内容

本发明提供了一种包含有背部金属层的芯片的贴片方法，该背部金属层设置在所述芯片的背面，包括以下步骤：

在一金属基座顶面的贴片区设置多个高度一致的垫块以构成一个阵列；

在阵列区涂覆一层厚度值不低于垫块高度值的导电的粘合材料；

利用所述粘合材料将所述芯片粘贴至金属基座顶面的贴片区，所述粘合材料及由垫块所构成的所述阵列位于所述背部金属层和金属基座的顶面之间；

其中，所述阵列用于控制背部金属层和金属基座的顶面之间的所述粘合材料的厚度，以及用于固定所述芯片以防止其在所述粘合材料上发生旋转。

上述的方法，所述阵列被布置成矩形、三角形、四边形、圆形、椭圆形、扇形或其他任意多边形。

上述的方法，所述阵列的形状及面积大小均与背部金属层的形状及面积大小相同。

上述的方法，所述垫块的熔点高于粘合材料的熔点。

上述的方法，其特征在于，所述垫块为导体或绝缘体或半导体。

上述的方法，其特征在于，所述垫块的材质为铜、金、银、铝，或它们的合金。

上述的方法，所述垫块的形状为球形、椭球形、正方体、长方体、圆柱形或楔形。

上述的方法，所述粘合材料为导电银浆、软焊料或者焊锡膏。

上述的方法，形成所述垫块之前，还在所述贴片区涂覆了一层金、银、镍或镍钯金的金属涂层。