[发明专利]替代氢气炉进行芯片烧结的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅半导体器件芯片的烧结方法技术领域，尤其涉及一种使用安全、烧结效果好的芯片烧结方法。

背景技术

对于双极型功率器件来说，芯片与封装载体基片间良好的欧姆接触是保证功率器件正常工作的前提。欧姆接触不良会使器件热阻加大，散热不均匀，影响电流在器件中的分布，破坏器件的热稳定性和长期可靠性，甚至使器件烧毁。共晶烧结法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高和含较少的杂质等优点，因而在微波功率器件和组件的芯片装配中得到了广泛的应用并备受高可靠器件封装业的青睐。

长期以来，受到管壳尺寸的限制，对于小功率器件和单片电路的烧结，国内一直延用传统的低温炉氢气烧结方式，此种烧结方式生产的产品表面状况较差，芯片划伤、崩边、沾污严重，对工艺操作人员的操作技能要求很高，造成生产效率和产品成品率较低；由于烧结时氢气尾气采用明火封口，尤其是在密封厂房中使用此种烧结方式，具有很大的危险隐患。随着产品批量生产的需要，寻找其它的途径进行烧结成为当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种替代氢气炉进行芯片烧结的方法，所述方法利用温度和超声能量实现金属半导体的共晶烧结，具有操作简单，生产效率高，可靠性好，危险系数低，适用于深腔、小壳体、小面积芯片的烧结，实现了产品生产的安全、可靠和高效。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种替代氢气炉进行芯片烧结的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）对硅片的背面进行金属化处理；

2）当加热平台处于恒温时，将封装载体置于充满保护气的加热平台内进行预热，预热温度控制在400℃-410℃之间；

3）将进行背面金属化处理后的硅芯片放置到封装载体的指定烧结区上；

4）在上述硅芯片的表面施加超声能量，使硅不断地扩散到芯片背面和烧结区的金属层中，实现硅与背面和烧结区金属的紧密结合；

5）将烧结好的产品从加热平台上取下，按阶梯降温原则降温至室温，完成烧结过程。

进一步优选的技术方案在于：硅芯片背面的金属为金砷合金。

进一步优选的技术方案在于：硅片背面的金属厚度为4000-9000。

进一步优选的技术方案在于：所述保护气体为N₂或惰性气体。

进一步优选的技术方案在于：所述硅片的大小为0.09mm²-0.36mm²。

进一步优选的技术方案在于：超声功率为:500～600mW；施加超声的时间为：300ms～500 ms；超声可延迟时间为：5000ms～7000ms；保护气体流量：2.5scfh～3.0scfh。

进一步优选的技术方案在于：封装载体与芯片对应位置的金层厚度为2.5μm-5μm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法利用温度和超声能量实现金属半导体的共晶烧结，具有操作简单，生产效率高，可靠性好，危险系数低，适用于深腔、小壳体、小面积芯片的烧结，实现了产品生产的安全、可靠和高效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是金硅二元相图。

具体实施方式

本发明主要适用于金硅共晶烧结，虽然单独的硅和单独的金熔点都很高，超过1000℃，但它们有一个低共熔点共晶体温度363℃，这一共晶点含3%的硅，通过金硅二元相图，可以明显看出来，如图1所示。选择的超声烧结温度应高于这一温度，且考虑到热量在传递过程中是有损失的，因而在实际工作中，烧结温度一般选择在400℃～410℃。本领域技术人员可以得知，烧结温度要根据管壳的材料、大小、热容量的不同进行相应调整。超声功率、超声时间也要根据芯片大小等情况进行调整，同时需要结合剪切力和芯片表面破损情况等情况进行不断优化，超声能量过大，容易造成芯片破损、沾污。

当硅芯片放在管壳烧结区上加热到共熔体温度以上时，硅原子就扩散到金中，到达共熔体的组成并且开始熔化，这时在芯片表面施加一定的超声能量，硅不断地扩散到金中，液相前沿就进入金中而实现金硅的紧密结合。为了防止硅在加热的过程中氧化，烧结往往在氮气的保护中进行。