[发明专利]在半导体器件和热交换器间产生热界面键合的装置和方法

说明书

将半导体管芯接合到非能动热交换器的方法可以包括：将键合增强剂施加到半导体器件上；产生组件，该组件包括设置在半导体器件上的热界面，以使热界面材料的第一主表面与半导体器件上的键合增强剂相接触，并且热交换器被设置成与热界面材料的第二主表面相接触；以及使组件回流，以使热界面将热交换器与半导体器件键合。实施例可以利用铟与非金属表面键合的能力来形成热界面，这可以通过在一个或两个接合表面上的辅助涂层来增强。

技术领域

所公开的技术通常涉及用于电路的组件系统和方法。更具体地，一些实施例涉及用于将半导体管芯接合到非能动热交换器的装置和方法。

背景技术

散热是保持半导体和功率器件寿命和可靠性的关键。随着半导体器件尺寸的减小和性能的提高，热交换器或散热器(有时也称为热扩散器或盖)在各种应用中变得越来越普遍，以提供散热机制。热界面材料通常用于产热半导体器件及其相关散热器之间。热界面材料可以用来提供从器件到散热器更有效和更可靠的热传导。常见的热界面材料是金属基的，这意味着与聚合物基的热界面材料相比，它们具有非常高的导电性。

铟金属通常用作热界面材料，这是由于其综合性能：1)与相竞争的热界面材料相比，具有较高的导热性；2)低流动应力/较高的展性；3)在不使用外部机械夹具机制的情况下，本类型应用可接受的机械强度，以及4)它是一种固体材料，在正常使用过程中不会移动到键合/结合(bond)区域之外或形成气穴。铟的延性和导热性使其成为理想的可压缩热界面材料。

使用铟金属的传统热界面要求半导体管芯具有背面金属化。该金属化通常由三部分组成：1)反应层、2)阻挡层和3)钝化层。集成电路背面的常见金属化层可以是例如钛、镍和金(分别来自管芯表面)，尽管许多其他材料也可以用来提供相同或相似的功能。

铟与非金属表面键合，例如半导体管芯的二氧化硅表面。它与非金属的键合强度足够高，以提供所需的机械附接，但是目前这些部件无法实现提高的工艺温度和对管芯上的铟材料进行需要的刷洗。

图1是示出用于半导体管芯处理的示例过程的图。现在参考图1，在该示例中，在操作122，管芯被附接到基板，例如在管芯的活动服务上通过I/O 进行附接。例如，管芯可以以倒装芯片附接工艺附接到基板。然后，在操作 124，使组件回流以将管芯与封装基板键合。然后可以清洁组件，并在操作126 中进行底部填充，例如通过用专用聚合物进行底部填充。在操作128，将焊料球设置在基板的与半导体管芯相对的一侧上，从而可以将基板接合至电路板。因此，在操作130，使封装回流，这一次将球与基板键合。然后可以清洁组件并准备使用。

图2示出了安装在电路板上的组件的示例。在该示例中，将半导体器件 158安装到电路板160。特别地，焊料球174被放置在半导体器件158的金属化焊盘172上，并且进行回流以将金属化焊盘172电连接到印刷电路板的电连接器176。178示出了施加在半导体器件158和电路板160之间的底部填充。该示例还示出了背面金属化156被施加至半导体器件158，使得热界面154可以与半导体器件158键合。热交换器152被接合至半导体器件158和热界面154。

发明内容

公开了一种将半导体管芯接合至非能动热交换器的新颖方法。该方法利用铟与非金属表面键合的能力来形成热界面。通过在一个(或两个)接合表面上的辅助涂层可以增强键合。在这种情况下，接合表面通常是集成电路(IC) 和非能动热交换器，通常称为集成散热器、热扩散器或盖。

在一个实施例中，一种用于将半导体器件与热交换器键合的方法可以包括：提供半导体器件；将键合增强剂施加到半导体器件的第一表面；产生组件并回流该组件，使得热界面将热交换器与半导体器件键合。在各种实施例中，组件可以包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的热界面，其中，热界面设置在半导体器件上，使得热界面材料的第一主表面与半导体器件上的键合增强剂相接触；热交换器设置成与热界面材料的第二主表面相接触。在各种实施方式中，热界面可以包括铟金属，并且键合增强剂可以包括有机钛酸酯(organotitanate)和有机锆酸酯(organozirconate)中的至少一种。