[发明专利]具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法及获得的产物

说明书

技术领域

本发明属微电子封装领域，具体涉及具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法及获得的产物。

背景技术

微电子封装技术中芯片组装主要通过导电胶粘接和共晶键合等两种主流工艺方法来实现，于前者相比，共晶键合具有电阻率低、导热性能优异和微波损耗小等优点，被广泛应用于高功率和微波芯片的组装和封装，为军用混合集成电路提供了高可靠组装方法。

芯片共晶键合是实现微电子器件集成化、微型化和轻量化的实现途径，在微波组件应用又具有应用频率高、传输速率快和带宽大等特点。共晶键合主要通过镊子手动共晶、半自动共晶、全自动共晶和真空烧结等方法实现。

手动镊子共晶对操作人员要求较高，组装一致性差，同时多芯片共晶键合，芯片受热时间长，焊料易氧化，降低组件的电性能和可靠性。半自动和全自动共晶设备需通过吸嘴对芯片进行拾取且需要施加一定的压力，对具有介质桥的芯片极易损伤，成品率低。

真空烧结炉可实现高功率芯片的共晶键合，通过炉腔内抽真空-充保护气氛的多次循环，降低炉腔内氧含量，降低甚至消除焊料氧化，排除焊料中包裹的气体，提高焊透率，实现芯片共晶键合。对于表面图形存在介质桥等敏感部位的芯片只能通过顶针或者无压块的状态下进行，当需要进行多芯片共晶键合时，各芯片的位置精度难以保证。同时，采用顶针对芯片施加压力时，各个顶针的压力难以精确控制，顶针与芯片接触点受力不均匀，受压部分易损伤。当无压块共晶键合时，焊透率难以保证。

发明内容

针对背景技术所提到的上述不足，本发明是提供一种具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法及获得的产物，具体如下：

具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法，按如下步骤进行：

步骤一：底座成型。

取一块石墨，通过采用高纯石墨精密加工工艺制作出一块底座4。

在该底座4上加工台阶腔体，获得具有台阶腔体的底座4。底座4上的台阶腔体用以实现实现芯片3、衬底2和压板1相对于底座4的定位。所述台阶腔体具有4级，且位于上一级的面积均大于下一级的面积。即台阶腔体为自上而下逐级缩小的腔体结构，自上而下地依次称为：第一级台阶、第二级台阶、第三级台阶、第四级台阶。

通过粘接或者沉积方式，在具有台阶腔体的底座4的腔体底面和侧面附着一层聚酰亚胺或者聚四氟乙烯，并对附着在具有台阶腔体的底座4的表面的聚酰亚胺或者聚四氟乙烯进行软化处理，获得装配有经过软化处理的底座4。其中，对经过软化处理的底座4表面的聚酰亚胺或者聚四氟乙烯层进行软化处理的厚度范围在10-50μm。通过划片或者激光加工的方式在保芯片3的底面和侧面开槽，并确保将芯片3切割尺寸与台阶腔体的第三级台阶的尺寸相匹配。

步骤二：衬底预处理。

取一块合金板材，通过机械加工工艺将该合金板材加工成衬底2。优选的方案是，衬底2为高导热的MoCu或CuW。通过机械将衬底2加工成所需尺寸外形。对衬底2的表面镀覆一层Au/Ni镀层，获得含有Au/Ni镀层的衬底2。其中，Ni层的厚度范围为1-6μm，Au层的厚度范围为2.54-5.08μm。

在含有Au/Ni镀层的衬底2的待键合面预置共晶焊料，获得含有共晶焊料的衬底2。

步骤三：压块成型。

盖板1为氧化铝陶瓷板。通过粘接或者沉积方式，在盖板1表面附着一层聚酰亚胺或者聚四氟乙烯。

随后，对表面附着有聚酰亚胺或者聚四氟乙烯的盖板1进行软化处理，获得经过软化处理的盖板1。

其中，盖板1表面的聚酰亚胺或者聚四氟乙烯的软化处理层厚度范围为10-50μm。通过划片或者激光加工将其切割成相应尺寸。

步骤四：装配。

通过贴片机将芯片3、由步骤二获得的含有共晶焊料的衬底2、由步骤三获得的经过软化处理的盖板1自下而上地置于由步骤一获得的经过软化处理的底座4的腔体中，获得半成品。

随后，将将前述半成品置于共晶烧结炉的热板上，并关上共晶烧结炉的炉门。

步骤五：共晶键合。

设定共晶烧结炉的的焊接温度曲线和工艺气氛，对共晶烧结炉腔体内部进行抽真空和充保护气体，抽真空和充保护气体的工艺执行2次以上循环，同时逐步升高热板温度。

待共晶烧结炉的腔体内部温度将含有共晶焊料的衬底2上的焊料开始融化时，向共晶烧结炉的腔体内部通入3-9slm流量的还原介质或者保护气体，以提高加热效果,还原介质还起着去除焊料表面氧化层的作用。

待含有共晶焊料、且经过软化处理的衬底2上的焊料完全熔化后，将此刻共晶烧结炉的炉温保温5-30s，并持续对炉腔内抽真空。