[发明专利]利用具有随机配置空隙的纳米粒子层的增强型粘合

说明书

在所描述实例中，通过沉积溶剂浆料的层(500a)来修改具有第一材料的衬底(201)的表面(201a)，所述溶剂浆料包括第二材料的纳米粒子(402)和第三材料的纳米粒子，所述第二材料的纳米粒子具有提供在比块状第二材料的熔点温度更低的温度下的熔点的大小，所述第三材料的纳米粒子具有至少与所述第二材料的所述纳米粒子大小一样大的大小和在比所述第二材料的所述熔点温度更高的温度下的熔点。所述第二材料的纳米粒子具有比所述第三材料的纳米粒子更高的重量百分比。在所述第二材料的所述熔点温度下将所述第二材料的所述纳米粒子(402)烧结在一起。通过去除所述第三材料的所述纳米粒子在具有第二材料的所述层中形成空隙(501)。所述空隙(501)具有随机分布和随机三维配置。

技术领域

本文大体上涉及半导体装置，且更确切地说，涉及一种为了增强型粘合而应用于封装半导体装置的具有可控孔隙率的多组分纳米粒子层的结构和制造方法。

背景技术

基于其功能，半导体封装包含多种不同材料。采用形成为引线框和接合部的金属以用于机械稳定性以及导电性和导热性，且如聚合模制化合物的绝缘体用于包封和外观尺寸。在封装制造流程中，常规实践将半导体芯片附接到引线框带，以便将芯片连接到其各别引线，且随后以将组装的芯片包封在封装中，所述封装保护包封部分免受机械性损坏和如湿气和光的环境影响，同时提供无障碍电连接。在包封步骤后，封装芯片通过调整和形成步骤与引线框带分隔到离散单元中。

流行包封技术是传递模塑法。具有附接和连接的芯片的引线框带放置在钢模中，所述钢模在每一组装的芯片周围形成空腔。半粘稠热固性聚合化合物经按压穿过引线框带上的流道以经由闸门进入每一空腔。在填充空腔后，允许所述化合物通过聚合硬化。最后，在去浇口(degating)步骤中，流道中的化合物在每个闸门处与填充所述空腔的化合物断开。

为了确保封装的整体性和一致性，预期金属材料和非金属材料在产品的使用寿命期间与彼此粘合，同时耐受机械振动、温度波动和湿气变化。失败粘合使得湿气进入到封装中，从而导致因电泄漏和化学腐蚀所致的装置故障。其可进一步引起半导体芯片与衬底的附接故障、线接合断裂和焊料凸块破裂以及劣化的热能与电能耗散。

常规半导体技术采用多种提升多样化材料之间的粘合水平使得封装通过加速测试和使用条件而不剥离的方法。做出的尝试有以化学方式纯化模制化合物，仅在模制工艺之前如利用等离子体来活化引线框金属表面，以及通过使基底金属氧化来增强引线框金属对聚合化合物的亲和力。此外，如凹口、凹槽或突出部、悬垂部及其它三维特征的设计特征经添加到引线框表面以用于与封装材料的改良互锁。

增大半导体封装中的引线框、芯片和包封化合物之间的粘合的常规技术的另一实例是通过在根据金属片来冲压或蚀刻图案后化学地蚀刻引线框表面引起的整个引线框表面的粗糙化。化学蚀刻是使用蚀刻剂的减材工艺。化学蚀刻形成具有约1μm或更小粗糙度的微晶金属表面。使引线框的仅一个表面粗糙化对非粗糙化引线框而言增加约10％到15％成本。

获得粗糙表面的又一常规方法是使用沉积粗糙金属(如镍)层的特定金属电镀浴，如镍电镀浴。这种方法是增材法，所形成的表面粗糙度是约1到10μm。引线框表面的粗糙化可存在一些不期望的副作用。表面的普遍粗糙化不利地影响线接合，因为视觉系统难以看到粗糙化表面、粗糙表面缩短毛细管使用寿命且粗糙表面上的微小污染物降低接合密实度。通常，当树脂组分与芯片附接化合物的块体分离且在芯片衬垫的表面上方扩散时，粗糙表面往往允许更多的渗出。树脂渗出转而可降低湿度灵敏度且干扰向下接合在芯片衬垫上。有时采用涉及可重复使用硅酮橡胶掩模或密封垫的选择性粗糙化技术；因此，选择性粗糙化是昂贵的。举例来说，将化学粗糙化限制于所选引线框区域的保护掩模对非粗糙化引线框而言增加约35％到40％成本。

所有这些尝试的成效具有限制性，尤其因为当实施装置小型化的另一缩减步骤时粘合剂有效性进一步减弱。

发明内容