一種芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)，屬于電子器件類。
【背景技術(shù)】
[0002]在1C芯片或MEMS芯片封裝的過程中，為了保持產(chǎn)品具有一定的柔軟性或自由度，或滿足在特定的體積和溫度下的應(yīng)用要求，有時(shí)不能采用管殼或者塑料封裝進(jìn)行電連接，只能直接在芯片上采用導(dǎo)線引出實(shí)現(xiàn)電信號采集或?qū)π酒╇?。這樣，在封裝或封裝后操作以及使用的過程中，由于高溫、振動等因素，時(shí)常會造成導(dǎo)線與芯片的結(jié)合處承受巨大應(yīng)力。由于導(dǎo)線的管徑相對芯片較粗，芯片表面平整度較好，目前一般采用熱焊接、激光焊接等方法來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的直接引出。但是采用這些方法雖然可能暫時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線與器件的電連接，由于焊接接觸面積過小，在高溫下使用一段時(shí)間后，焊錫非常容易退化軟化;或者由于彎折等動作導(dǎo)致焊接點(diǎn)受力，從而出現(xiàn)芯片上的金屬薄膜與襯底的結(jié)合力下降、脫落，出現(xiàn)虛焊。
[0003]本實(shí)用新型擬提出一種引出結(jié)構(gòu)，在不增大芯片尺寸的情況下巧妙地增加焊接面積，提高芯片與導(dǎo)線的焊接牢固度，減少引線焊接失效的概率，從而提高器件使用的可靠性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的之一在于提供一種芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)，具體地說本實(shí)用新型提出了使用微加工方法，在硅片表面形成一個(gè)容納導(dǎo)線的槽，槽的形狀為可以為V形、梯形、U形、弧形、方形或其組合的凹槽、凹坑或者通孔，然后在其上制作金屬電極，從而實(shí)現(xiàn)百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)。由于增大了芯片焊接區(qū)域面積，可以減小芯片連接后硅片厚度與電極厚度和導(dǎo)線直徑構(gòu)成的整體厚度，有效分散承載的應(yīng)力，顯著提高芯片與百微米到毫米量級導(dǎo)線的電連接牢固性和可靠性。
[0005]本實(shí)用新型的目的之二是所述的芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)的制作方法，
[0006]本實(shí)用新型的特征在于，采用厚度大于導(dǎo)線半徑的(100)或(110)晶面的硅片，利用硅的濕法腐蝕技術(shù)，從硅片正面或者反面刻蝕出凹槽或者凹坑，或者結(jié)合通孔設(shè)計(jì)，用于固定電路連接的導(dǎo)線。凹坑和凹槽可以為硅片各向異性腐蝕獲得的V形、梯形、U形、弧形或方形的槽或凹坑，也可以為硅片干法刻蝕得到的V形、梯形、U形、弧形或方形的凹槽或凹坑，或者其他手段獲得的V形、梯形、U形、弧形或方形的凹槽或凹坑。通孔可以為單向腐蝕或者正反兩面雙向腐蝕制作，或者干法刻蝕獲得，或者激光打孔等其他手段獲得。焊接區(qū)域一般覆蓋由邊長不小于導(dǎo)線直徑構(gòu)成的正方形面積的芯片平面以及部分或者全部的凹槽與凹坑。芯片正反兩面的相關(guān)區(qū)域可以同時(shí)有凹槽或者凹坑結(jié)構(gòu)，并有金屬薄膜作為電極，通過通孔內(nèi)壁的金屬層相連通，從而達(dá)到既作為正反兩面器件結(jié)構(gòu)間的電互聯(lián)通道，又同時(shí)作為引出導(dǎo)線的定位孔。通孔內(nèi)壁也可以沒有金屬層，僅僅由穿過通孔的導(dǎo)線在正反兩面分別焊接，達(dá)到連接兩側(cè)并同時(shí)引出的目的，或者在只有一側(cè)有電路的情況下，僅僅起到加固引出焊接強(qiáng)度的作用。
[0007]本實(shí)用新型所述的結(jié)構(gòu)的制作具體步驟是:
[0008]步驟1在硅片的正面，利用濕法各向具異性腐蝕方法，腐蝕V形、梯形、U形、弧形、方形或其它組合的槽；
[0009]步驟2分兩種情況
[0010](a)用派射或蒸發(fā)工藝，在步驟1制作的槽中形成均勾的金屬薄膜；
[0011](b)或用干法刻蝕工藝或激光等工藝在步驟1制作的槽的另一端刻蝕出一個(gè)直徑不小于導(dǎo)線直徑的圓孔，或在芯片正面或背面的槽中都形成一層金屬薄膜，確保槽側(cè)壁完全被金屬薄膜覆蓋；
[0012]步驟3分兩種情形
[0013](a)焊接時(shí)，將直徑不大于所述槽的寬度的金屬絲或多股金屬金屬絲絞或鑲嵌入步驟1所述的腐蝕槽中，再采用手工焊使整個(gè)槽中填滿焊錫，形成牢固的焊接結(jié)構(gòu)；
[0014](b)焊接時(shí)，先將直徑不大于步驟1所述的不同形狀槽寬度的金屬絲或多股金屬絲線從正面穿進(jìn)孔中，并在背面留出一小段，然后彎折金屬絲，使之沿不同形狀的槽的走向延展，鑲嵌在槽中，采用手工焊或回流焊方法，形成牢固的焊接；
[0015]步驟2中(a)與步驟3中(a)對應(yīng);步驟2中(b)與步驟3(b)對應(yīng)。
[0016]總之，本實(shí)用新型提供了一種在芯片上實(shí)現(xiàn)百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)，可顯著提高導(dǎo)線與芯片的連接強(qiáng)度，避免由于溫度或者壓力等外界環(huán)境變化以及人員操作所導(dǎo)致的芯片與導(dǎo)線的連接損壞而引起的斷路等問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為V形、梯形、U形、弧形或方形的凹槽或凹坑的基本結(jié)構(gòu)剖面圖；a)V形，b)梯形，c)U形，d)弧形。
[0018]圖2為V形、梯形、U形、弧形或方形的凹槽、凹坑組合以及凹槽、凹坑結(jié)構(gòu)剖面圖示例。其中a)為雙V形槽組合，b)為雙梯形槽組合，c)為雙方形槽組合，d)為雙U形槽組合，e)為雙V形槽與通孔組合的截面圖，f)為雙梯形槽與通孔組合的截面圖，g)為雙方形槽與通孔組合的截面圖，h)為雙U形槽與通孔組合的截面圖。
[0019]圖3為基于V形(a)、梯形(b)、U形(c)、弧形(d)的凹槽或凹坑的金屬電極與百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)示例
[0020]圖4為單側(cè)V型槽片上金屬電極結(jié)構(gòu)(a)及其導(dǎo)線焊接后(b)的實(shí)施效果圖。
[0021]圖5為單側(cè)梯形槽與通孔的組合片上金屬電極結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)線焊接后的實(shí)施效果圖，其中a)為沒有安裝導(dǎo)線時(shí)的情況，b)為安裝導(dǎo)線之后的情況，c)和d)分別為安裝導(dǎo)線之后的橫截面與縱截面圖。
[0022]圖中，各數(shù)字標(biāo)號代表的含義為:
[0023]1-各向異性腐蝕得到的V型槽
[0024]2-電路連接用導(dǎo)線
[0025]3-芯片焊接區(qū)域
[0026]4-各向異性腐蝕得到的梯形槽
[0027]5-通孔
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1:
[0029]在硅片正面，利用濕法各向異性腐蝕，例如Κ0Η腐蝕出V型槽，再用濺射或者蒸發(fā)工藝，在槽中形成一層均勻的0.1-3微米厚的金屬薄膜，確保槽側(cè)壁完全被金屬薄膜覆蓋，光刻工藝腐蝕出V型槽圖形，作為電連接的接口。
[0030]焊接時(shí)，將直徑不大于V形槽寬度的金屬絲或者多股金屬絲絞線鑲嵌入上述V型槽中，采用手工焊使整個(gè)槽中填滿焊錫，形成牢固的焊接結(jié)構(gòu)。至此達(dá)到直接將金屬絲在芯片上的導(dǎo)線直接引出。
[0031]在導(dǎo)線受到外力的作用時(shí)，由于處于V型槽中的金屬絲被焊錫浸潤的表面積比平面焊接的要大，因此金屬絲虛焊的概率要小的多，其抗拉強(qiáng)度得到很大提高。同時(shí)，由于V型槽的存在，占用同樣芯片面積的焊接區(qū)域，實(shí)際金屬薄膜面積增大，在金屬薄膜與下面襯底單位面積的結(jié)合強(qiáng)度相同的情況下，也提高了整個(gè)金屬薄膜的抗拉能力。
[0032]實(shí)施例2
[0033]在硅片正面，利用濕法各向異性腐蝕，例如Κ0Η腐蝕出梯型槽，再利用干法刻蝕，例如DRIE，在背離引出端的槽的另一端刻蝕出一個(gè)直徑不小于導(dǎo)線直徑的圓孔。根據(jù)實(shí)際需求用濺射或者蒸發(fā)工藝在芯片背面，或者芯片正面的槽中，或者芯片正面與背面都形成一層金屬薄膜，確保槽側(cè)壁完全被金屬薄膜覆蓋，光刻腐蝕出電極圖形，作為電連接的接口。
[0034]焊接時(shí)，先將直徑不大于V形槽寬度的金屬絲或者多股金屬絲絞線從正面穿進(jìn)孔中，并在背面留出一小段，然后彎折金屬絲，使之沿梯形槽的走向延展，盡量鑲嵌在梯形槽中，手工焊或者回流焊，使整個(gè)孔以及槽中填滿焊錫，形成牢固的焊接結(jié)構(gòu)。
[0035]此結(jié)構(gòu)比實(shí)施例1中的導(dǎo)線引出方式更加牢固可靠。除了擁有實(shí)施例1中V形槽所帶來的優(yōu)勢以外，在導(dǎo)線收到外力的作用時(shí)，由于通孔的存在，原來直接作用于金屬膜上的作用力中的很大一部分將轉(zhuǎn)移為處于通孔中的那段金屬絲受到的剪切力，而金屬絲可以承受的剪切力比薄膜與襯底的結(jié)合力要大的多，因此可以大幅提高導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度，從而增加電連接的可靠性。
[0036]雖然，實(shí)施例1和2分別敘述了V形槽和梯形槽，實(shí)際上對【實(shí)用新型內(nèi)容】中所述的其他形狀及其組合的結(jié)構(gòu)完全適用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)，其特征在于硅片表面有一個(gè)容納導(dǎo)線的槽，槽的形狀為V形、梯形、U形、弧形、方形或其組合的凹槽、凹坑或者通孔，并在其上制作金屬電極，從而實(shí)現(xiàn)百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)。2.按權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的硅片是指厚度大于導(dǎo)線半徑的(100)或(110)晶面的硅片。3.按權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的通孔為單向腐蝕或正反兩面雙向腐蝕方法制作，或干法刻蝕或激光打孔。4.按權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述組合的凹槽、凹坑或者通孔有下述八種中任意一種: a)為雙V形槽組合，b)為雙梯形槽組合，c)為雙方形槽組合，d)為雙U形槽組合，e)為雙V形槽與通孔組合，f)為雙梯形槽與通孔組合，g)為雙方形槽與通孔組合，h)為雙U形槽與通孔組合。5.按權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于芯片的正反兩面同時(shí)有凹槽或凹坑，并有金屬薄膜作為電極，通過通孔內(nèi)壁的金屬相連通，作為正反兩面器件結(jié)構(gòu)間的電互聯(lián)通道和引出導(dǎo)線的定位孔。6.按權(quán)利要求1或5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于通孔內(nèi)壁也可沒有金屬層，由穿過通孔的導(dǎo)線在正反兩面的焊接，達(dá)到連接兩側(cè)并同時(shí)引出的目的，或者在只有一側(cè)有電路的情況下，僅起到加固引出焊接強(qiáng)度的作用。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種芯片的片上導(dǎo)線直接引出結(jié)構(gòu)，屬于電子器件類。本實(shí)用新型特征在于使用微加工方法，在硅片表面形成一個(gè)容納導(dǎo)線的槽，槽的形狀為V形、梯形、U形、弧形、方形或其組合的凹槽、凹坑或者通孔，然后再在其上制作金屬電極，從而實(shí)現(xiàn)百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)。提供了一種在芯片上實(shí)現(xiàn)百微米到毫米量級導(dǎo)線的直接引出結(jié)構(gòu)，從而可顯著提高導(dǎo)線與芯片的連接強(qiáng)度，避免由于溫度或者壓力等外界環(huán)境變化以及人員操作所導(dǎo)致的芯片與導(dǎo)線的連接損壞而引起的斷路等問題。
【IPC分類】H01L23/482, H01L23/49
【公開號】CN205140951
【申請?zhí)枴緾N201520865299
【發(fā)明人】李鐵, 周宏 , 王翊
【申請人】上海芯敏微系統(tǒng)技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月2日