[发明专利]预烧结半导体芯片结构

说明书

技术领域

本应用涉及烧结，更具体地，涉及形成具有高完整性的烧结连接。

技术背景

烧结是一种当加热时将粉粒之间致密的机械连接转化成颗粒之间固体冶金接合。烧结是一种广泛使用的芯片至基片连接技术，其使功率模块使用寿命增强而且功率密度强化。通过烧结形成的芯片-基片连接是基于微米或者纳米大小的颗粒的强化表面的金属相互扩散。这些金属颗粒通常在高温下，在有或没有施加电压的情况下被压缩。用于将芯片连接至基片的常用烧结浆料由有机络合物涂覆的银颗粒以及有机组分（诸如将银颗粒保持在一起的溶剂）组成。

传统烧结芯片贴装技术涉及用湿银浆料涂覆将芯片坚固地放置到基片上。湿银浆料的有机组份具有足够粘度，可以将芯片粘到基片上。然而，在后续的烧结过程中，在有机合成物蒸发时形成干的通路。这些通路严重损害了烧结银层的热性能和电性能。结果，无法满足，可靠性需求，尤其是模块的使用期限。

大多数溶剂能够在芯片放置到基片上之前，在升高的温度下通过干燥银浆料将溶剂从银浆料中除去。然而，在将芯片放置在基片上之前从烧结浆料中除去大多数溶剂很难使芯片固定在基片上的合适位置，因为烧结料一旦干燥粘附性不佳。在烧结过程后以及在将基片传送至烧结设备过程中，芯片必须保持在基片上合适的位置，由此证明在使用干燥烧结浆料时是有困难的。

发明内容

根据此处描述的实施例，通过干烧结料提供芯片在基片上的固定的位置，因此基片能够在芯片不会从位置移动出的同时被转移至烧结装置。

根据一个实施例的形成烧结连接的方法，该方法包括：将半导体芯片和干烧结料压在基片上，干烧结料位于基片和半导体芯片之间，该干烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在半导体芯片压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以形成相邻烧结颗粒间的局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合；以及在形成固定接合后，由干烧结料形成半导体芯片和基片之间的烧结连接。

根据预烧结结构的一个实施例，预烧结结构包括基片，设置在基片上的半导体芯片，以及位于基片和半导体芯片之间的干烧结料。该干烧结料包括烧结颗粒和溶剂。该干烧结料具有大于20%的孔隙率。预烧结结构进一步包括相邻烧结颗粒之间的局部烧结连接，该局部烧结连接一起将半导体芯片固定在基片上，半导体芯片和基片之间没有形成完全烧结的连接。

根据一个形成预烧结连接的实施例的方法，该方法包括：在基片上或者附接至基片的半导体芯片上形成烧结料，该烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在高于溶剂的蒸发温度时使得烧结料变干以形成一种干烧结料，该干烧结料具有降低的溶剂量；将半导体芯片和干烧结料抵压在基片上，该干烧结料位于基片和半导体芯片间；当将半导体芯片抵压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以在相邻烧结颗粒间形成局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合。

根据另一个形成预烧结连接的实施例的方法，该方法包括：在基片上或者附接至基片的半导体芯片上形成烧结料，该烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在高于溶剂的蒸发温度下使得烧结料变干以形成一种干烧结料，该干烧结料具有降低的溶剂量；将半导体芯片和干烧结料压在基片上，该干烧结料位于基片和半导体芯片间；当半导体芯片抵压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度以形成相邻烧结颗粒间的局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合；以及在形成固定接合后，由干烧结料形成半导体芯片和基片之间的烧结连接。

本领域技术人员在阅读到以下的详细描述和看到附图时将会识别出额外的特征以及优势。

附图说明

附图中的部件并不一定是按照比例，而是强调阐释本发明的原理。此外，图中相同的参考标号指定对应的部分。在附图中：

图1示出了根据一个实施例的在预烧结过程中安装在基片上的芯片的透视图。

图2示出了根据另一个实施例的在预烧结过程中安装在基片上的芯片的透视图。

图3示出了根据一个实施例的预烧结结构的透视图，该预烧结结构包括通过局部烧结连接安装在基片上的芯片。

图4示出了在形成局部烧结连接后在烧结过程中图3的预烧结结构的透视图。

图5A至5C示出了芯片贴装工艺的不同阶段中包含在烧结料中的烧结颗粒的对应图。

具体实施方式