專利名稱：倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種倒裝芯片金屬間化合物微互連結構制備方法，屬于電子封裝結構設計及制造領域。
背景技術：
倒裝芯片技術是將芯片直接以倒扣方式安裝到基板表面，這種芯片互連方式能提供更高的輸入/輸出連接密度.倒裝占有面積幾乎與芯片大小一致.可以實現(xiàn)小而薄的封裝。電子產品向微型化和多功能方向發(fā)展的同時，對其可靠性也提出了更高的要求。 微互連焊點作為芯片與基板之間電氣、機械連接的橋梁，對電子產品可靠性有著至關重要的影響。目前，倒裝芯片微互連焊點是由釬料合金通過釬焊的方法與芯片及基板表面金屬焊盤反應所形成的，此類微互連焊點通常是由芯片金屬焊盤-金屬間化合物-釬料合金-金屬間化合物-基板金屬焊盤構成。由于釬料合金、金屬間化合物和金屬焊盤的材料不同，其物理性質也有較大差異。在外力或由不同材料熱脹冷縮不一致情況下產生的應力作用下，容易在釬料合金、金屬間化合物和金屬焊盤的連接界面處發(fā)生斷裂。一旦出現(xiàn)這種情況，電子產品將無法工作，徹底失效。微互連焊點的性能及使用壽命與其結構關系密切， 通過對微互連焊點創(chuàng)新性設計以提高焊點及電子產品性能，并延長其使用壽命將是一種有效的途徑。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，以解決倒裝芯片微互連焊點由芯片金屬焊盤-金屬間化合物-釬料合金-金屬間化合物-基板金屬焊盤構成，由于釬料合金、金屬間化合物和金屬焊盤的材料不同，在外力或由不同材料熱脹冷縮不一致情況下產生的應力作用下，容易在釬料合金、金屬間化合物和金屬焊盤的連接界面處發(fā)生斷裂，使得電子產品無法工作，徹底失效的問題。本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案有兩個，分別如下方案一本發(fā)明的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層，在所述芯片金屬基層的水平面上制備芯片金屬表層，所述芯片金屬基層定義為芯片金屬焊盤；在基板上的每個金屬表面上制備基板金屬基層，在所述基板金屬基層的水平面上制備基板金屬表層，所述基板金屬基層定義為基板金屬焊盤；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為 Cu、Au、Pd、Ag、Ni或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同，所述芯片金屬表層與基板金屬表層的材質均為純Sn ；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬表層的水平面和基板金屬表層的水平面上分別涂覆釬劑；步驟三將芯片倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，對芯片向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬表層與基板金屬表層通過涂覆的釬劑緊密接觸，并成為一個組合體；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構。方案二 本發(fā)明的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層，所述芯片金屬基層定義為芯片金屬焊盤；在基板上的每個金屬表面上制備基板金屬基層，所述基板金屬基層定義為基板金屬焊盤；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu、Au、Pd、Ag、Ni 或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬焊盤的水平面和基板金屬焊盤的水平面上分別涂覆釬劑；步驟三將芯片倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，并在二者之間放置Sn箔，對芯片向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤通過Sn箔緊密接觸，并成為一個組合體；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明以單金屬間化合物作為微互連介質的新型結構優(yōu)點在于消除了傳統(tǒng)微互連焊點中Sn基釬料與兩側金屬間化合物界面，使微互連焊點薄弱界面顯著減少；在電子產品服役過程中，單金屬間化合物并不會與焊盤金屬繼續(xù)反應，使焊點結構具備優(yōu)異的穩(wěn)定性能；一般來講，金屬間化合物熔點均高于Sn基釬料，使該結構的抗蠕變性能顯著提高，進而提高了微互連焊點的可靠性能。


圖Ia是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟一的示意圖(芯片一側)；圖Ib是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟一的示意圖(基板一側)；圖Ic是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟二的示意圖(芯片一側)；圖Id是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟二的示意圖(基板一側)；圖Ie是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟三的示意圖(丨表示對芯片向下施加的壓力)；圖If是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案一的步驟四的示意圖(即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構)，圖加是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟一的示意圖(芯片一側)；圖2b 是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟一的示意圖(基板一側)；圖2c是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟二的示意圖(芯片一側)；圖2d是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟二的示意圖 (基板一側)；圖加是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟三的示意圖(丨表示對芯片向下施加的壓力)；圖2f是實現(xiàn)本發(fā)明的方法方案二的步驟四的示意圖(即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構)。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片1上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層2，在所述芯片金屬基層 2的水平面上制備芯片金屬表層3，所述芯片金屬基層2定義為芯片金屬焊盤(參見圖la)； 在基板4上的每個金屬表面上制備基板金屬基層5，在所述基板金屬基層5的水平面上制備基板金屬表層6，所述基板金屬基層5定義為基板金屬焊盤(參見圖lb)；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu、Au、Pd、Ag、M或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同，所述芯片金屬表層3與基板金屬表層6的材質均為純Sn ；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬表層3的水平面和基板金屬表層6的水平面上分別涂覆釬劑7 (參見圖Ic和圖Id)；步驟三將芯片1倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，對芯片1向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬表層3與基板金屬表層6通過涂覆的釬劑7緊密接觸，并成為一個組合體(參見圖Ie)；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構8 (參見圖If)。本實施方式中所用釬劑7的材質是松香基釬劑、水溶性釬劑和免清洗釬劑。
具體實施方式
二 本實施方式的步驟一中，所述芯片金屬焊盤與基板金屬焊盤的形狀均為圓柱體或立方體，圓柱體形狀的芯片金屬焊盤的直徑與圓柱體形狀的基板金屬焊盤的直徑均為20 1000 μ m ；立方體形狀的芯片金屬焊盤的邊長與立方體形狀的芯片金屬焊盤的邊長均為20 1000 μ m?？梢詽M足電子封裝中對不同焊點尺寸的要求。其它方法步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟一中，所述基板金屬焊盤的厚度與基板金屬表層的厚度比值范圍為5 1 10 1。以便生成單金屬間化合物焊點。其它方法步驟與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式的步驟一中，所述芯片金屬焊盤的厚度和基板金屬焊盤的厚度各分別為10 100 μ m ；芯片金屬表層3的厚度和基板金屬表層6的厚度均為 1 20μπι。可以滿足電子封裝中對不同焊點高度的要求。其它方法步驟與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五本實施方式的步驟一中，在芯片1上的每個金屬表面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備芯片金屬基層2，在所述芯片金屬基層2的水平面上通過濺射、 蒸鍍或電鍍的方法制備芯片金屬表層3，所述芯片金屬表層3的材質為純Sn ；在基板4上的每個金屬表面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備基板金屬基層5，在所述基板金屬基層5 的水平面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備基板金屬表層6，所述基板金屬表層6的材質為純Sn。以便形成單種金屬間化合物焊點。其它方法步驟與具體實施方式
一相同。芯片金屬基層(芯片金屬焊盤)是在芯片制造后直接制備的；基板金屬基層(基板金屬焊盤)是在基板制造后直接制備的，也可直接利用現(xiàn)有產品，通過商業(yè)渠道獲得。
具體實施方式
六本實施方式的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片1上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層2，所述芯片金屬基層2 定義為芯片金屬焊盤(參見圖2a)；在基板4上的每個金屬表面上制備基板金屬基層5，所述基板金屬基層5定義為基板金屬焊盤(參見圖2b)；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu、Au、Pd、Ag、M或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬焊盤的水平面和基板金屬焊盤的水平面上分別涂覆釬劑7 (參見圖2c和圖2d)；步驟三將芯片1倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，并在二者之間放置Sn箔9，對芯片1向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤通過Sn箔9緊密接觸，并成為一個組合體(參見圖2e)；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構8 (參見圖2f)。本實施方式中所用釬劑7的材質是松香基釬劑、水溶性釬劑和免清洗釬劑。
具體實施方式
七本實施方式是本發(fā)明的一個具體實施例實施例本實施例的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片1上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層2，在所述芯片金屬基層 2的水平面上制備芯片金屬表層3，所述芯片金屬基層2定義為芯片金屬焊盤；在基板4上的每個金屬表面上制備基板金屬基層5，在所述基板金屬基層5的水平面上制備基板金屬表層6，所述基板金屬基層5定義為基板金屬焊盤；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu，所述芯片金屬表層3與基板金屬表層6的材質均為純Sn ；芯片金屬焊盤的厚度和基板金屬焊盤的厚度均為50 μ m、直徑均為80 μ m ；芯片金屬表層3的厚度和基板金屬表層6的厚度均為10 μ m ；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬表層3的水平面上和基板金屬表層6的水平面上分別涂覆釬劑7 ；步驟三將芯片1倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，對芯片1向下施加IOKg的壓力，使得芯片金屬表層3與基板金屬表層6通過涂覆的釬劑7緊密接觸，并成為一個組合體；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為320°C，加熱時間為2. 5h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物(Cu3Sn)微互連結構8。該方案可消除傳統(tǒng)焊點中Sn與Cu6Sn5及Cu6Sn5與Cu3Sn的多個薄弱界面。
權利要求
1.一種倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于所述方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片(1)上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層O)，在所述芯片金屬基層 (2)的水平面上制備芯片金屬表層(3)，所述芯片金屬基層(2)定義為芯片金屬焊盤；在基板(4)上的每個金屬表面上制備基板金屬基層(5)，在所述基板金屬基層( 的水平面上制備基板金屬表層(6)，所述基板金屬基層( 定義為基板金屬焊盤；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu、Au、Pd、Ag、Ni或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同，所述芯片金屬表層(3)與基板金屬表層(6)的材質均為純Sn;步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬表層(3)的水平面和基板金屬表層(6)的水平面上分別涂覆釬劑(7)；步驟三將芯片(1)倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，對芯片(1)向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬表層與基板金屬表層通過涂覆的釬劑(7) 緊密接觸，并成為一個組合體；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構⑶。
2.根據(jù)權利要求1所述的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于步驟一中，所述芯片金屬焊盤與基板金屬焊盤的形狀均為圓柱體或立方體，圓柱體形狀的芯片金屬焊盤的直徑與圓柱體形狀的基板金屬焊盤的直徑均為20 1000 μ m ；立方體形狀的芯片金屬焊盤的邊長與立方體形狀的芯片金屬焊盤的邊長均為20 1000 μ m。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于步驟一中，所述基板金屬焊盤的厚度與基板金屬表層的厚度比值范圍為5 1 10 1。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于步驟一中，所述芯片金屬焊盤的厚度和基板金屬焊盤的厚度各分別為10 IOOym ； 芯片金屬表層(3)的厚度和基板金屬表層(6)的厚度均為1 20 μ m。
5.根據(jù)權利要求1所述的倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于步驟一中，在芯片(1)上的每個金屬表面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備芯片金屬基層O)，在所述芯片金屬基層O)的水平面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備芯片金屬表層(3)，所述芯片金屬表層(3)的材質為純Sn;在基板(4)上的每個金屬表面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備基板金屬基層(5)，在所述基板金屬基層(5)的水平面上通過濺射、蒸鍍或電鍍的方法制備基板金屬表層(6)，所述基板金屬表層(6)的材質為純Sn。
6.一種倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，其特征在于所述方法是由以下步驟實現(xiàn)的步驟一在芯片(1)上的每個金屬表面上制備芯片金屬基層O)，所述芯片金屬基層 (2)定義為芯片金屬焊盤；在基板(4)上的每個金屬表面上制備基板金屬基層(5)，所述基板金屬基層(5)定義為基板金屬焊盤；所述芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質均為Cu、Au、Pd、Ag、Ni或Pt，且芯片金屬焊盤的材質與基板金屬焊盤的材質相同；步驟二 在步驟一制備成的芯片金屬焊盤的水平面和基板金屬焊盤的水平面上分別涂覆釬劑(7)；步驟三將芯片(1)倒扣放置，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤一一對應設置，并在二者之間放置Sn箔(9)，對芯片(1)向下施加1 IOOKg的壓力，使得芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤通過Sn箔(9)緊密接觸，并成為一個組合體；步驟四將步驟三制得的組合體置于回流爐中加熱，加熱溫度為250 350°C，加熱時間為0. 5 10h，之后，取出并在空氣中自然冷卻后，即形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構⑶。
全文摘要
倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構制備方法，本發(fā)明涉及一種倒裝芯片金屬間化合物微互連結構制備方法，針對倒裝芯片微互連焊點在釬料合金、金屬間化合物和金屬焊盤連接界面處發(fā)生斷裂問題。方案一在芯片的金屬表面上制備芯片金屬基層(芯片金屬焊盤)和表層，在基板的金屬表面上制備基板金屬基層(基板金屬焊盤)和表層，芯片與基板金屬表層由純Sn制成；在芯片金屬表層及基板金屬表層上涂釬劑；芯片倒置，使芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤相對應，施壓、加熱，冷卻，形成倒裝芯片單金屬間化合物微互連結構；方案二與一不同在芯片金屬基層及基板金屬基層上涂釬劑，芯片倒置，芯片金屬焊盤和基板金屬焊盤通過Sn箔接觸。本發(fā)明用于電子封裝結構中。
文檔編號B23K31/02GK102244022SQ20111010539
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權日2011年4月26日
發(fā)明者劉威, 孔令超, 王春青, 田艷紅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學