專利名稱：在電子元件上形成焊料區(qū)的方法和具有焊料區(qū)的電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電子元件上形成焊料區(qū)(solder area)的方法。同時(shí)，本發(fā)明涉及具有焊料區(qū)的電子元件?？梢栽诎雽?dǎo)體工業(yè)中在半導(dǎo)體器件上形成互連凸起(bump)中得到具體的應(yīng)用，例如使用焊料凸起連接工藝將集成電路(IC)連接至模塊電路，插入器(interposer)，或印制線路板(PWB)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造工業(yè)中目前集中于晶片級(jí)封裝(WLB)。在晶片級(jí)封裝中，在晶片上大量(en masse)制造IC互連，并且可以在切割晶片前在其上構(gòu)建完整的IC模塊。使用WLP可獲得如下益處，例如增大的輸入/輸出(I/O)密度，提高的操作速度，增強(qiáng)的功率密度和熱管理，減小的封裝尺寸，和提高的制造成本效率。
在WLP中，可以在晶片上提供導(dǎo)電互連凸起。例如，最初的C4(“可控塌陷芯片連接”)工藝使用沉積在芯片的扁平接觸墊區(qū)上的焊料凸起將一個(gè)或多個(gè)芯片連接至模塊電路。芯片上的這些焊料凸起與模塊電路上相應(yīng)的接觸墊相匹配。使該芯片和模塊電路互相接觸并加熱使焊料熔化。這些互連凸起起到IC芯片和模塊電路之間的電子和物理連接的作用。然后通過(guò)將焊料涂覆到模塊電路上的其它接觸墊，使該模塊電路與PWB上的接觸墊接觸并加熱該結(jié)構(gòu)使焊料回流，從而典型將該模塊電路附著到PWB?？蛇x地，也可以使用引線連接代替焊料制作某些互連。
已經(jīng)提出了在半導(dǎo)體器件上形成互連凸起的幾種方法，例如電鍍起凸，蒸發(fā)起凸，和凸起印刷。這些技術(shù)中，電鍍起凸和蒸發(fā)起凸通常需要大的用于加工設(shè)備的資金投入。另一方面，凸起印刷是耗資(capitalintensive)較少的方法。在凸起印刷中，在基板上放置或形成帶有圖案的金屬掩模。該掩模具有對(duì)應(yīng)于有待在其上形成凸起的接觸墊的開(kāi)口。通過(guò)首先在該掩模上涂覆焊料膏然后使用例如刮板之類(lèi)的工具將焊料膏擠入開(kāi)口，從而使焊料膏填充掩模中的開(kāi)口。移去掩模并加熱焊料膏，從而由該焊料膏形成金屬焊料凸起。
該金屬焊料凸起應(yīng)當(dāng)能夠在半導(dǎo)體元件的連接墊和模塊電路之間制造可靠且穩(wěn)定的電子連接。在凸起印刷中使用的焊料膏典型為金屬顆粒和載體的組合，該載體可以包括例如溶劑，有機(jī)助熔劑，和活化劑。傳統(tǒng)的焊料膏具有許多局限性。例如，載體成分的殘?jiān)跓崽幚碇笸ǔ?huì)殘留在焊料凸起中。這種殘?jiān)鼤?huì)對(duì)該接觸的物理和/或電性能產(chǎn)生不利影響。為了最大程度上減小或阻止這種殘?jiān)?，可能需要使用不適合該器件或基板的過(guò)高溫度。
基于嚴(yán)格的連接層次對(duì)用于C4或其它晶片起凸工藝和隨后將模塊連接至PWB中的連接材料進(jìn)行選擇。例如，當(dāng)元件通過(guò)焊接連至基板，隨后的處理期間不應(yīng)接近該焊料的固相線溫度以便防止該焊接點(diǎn)的軟化和劣化。在C4工藝中用于在晶片上形成凸起的典型焊料膏是高含鉛的材料，其中該金屬成分包括95wt％的鉛和5wt％錫。由該組成得到的焊料凸起具有315℃的液相線溫度。對(duì)于這種焊料凸起組成，在隨后的處理期間必須使溫度不接近315℃以便防止該焊接連接的軟化和劣化。由于這個(gè)目的，典型使用具有183℃的液相線溫度的共晶錫/鉛0.37焊料膏。因此該連接層次嚴(yán)格限制了可使用的焊料材料的類(lèi)型。將材料最初開(kāi)始熔化的溫度稱為固相線溫度，而將最后的金屬最終熔入液相的溫度稱為液相線溫度。
可用焊料材料的選擇的進(jìn)一步限制是基板的構(gòu)成材料。例如，對(duì)于不能耐高溫的基板如聚酯需要較低溫度的焊接技術(shù)。為了在較低的焊接溫度下產(chǎn)生可靠的互連，通常需要使用熔點(diǎn)較低的材料。例如，從70Sn/30Pb至70In/30Pb的改變可導(dǎo)致熔點(diǎn)溫度從193℃降低到174℃。遺憾地是，這些熔點(diǎn)較低的焊料通常會(huì)在電子元件的工作期間發(fā)生疲勞或變形(如蠕變)，從而導(dǎo)致較低的可靠性。因此，通常需要使用耐高溫的基板材料，例如陶瓷。因此希望具有可處理的焊料組合物，該組合物能夠在較低的溫度下制造電子連接而且可消除或減少疲勞和變形的問(wèn)題。
焊接材料的使用的又一個(gè)限制涉及近期受環(huán)境因素驅(qū)動(dòng)的無(wú)鉛的要求，這加大了消除焊料起凸和金屬化中所用的含鉛材料的要求。遺憾的是，含鉛材料最好的替代材料相對(duì)共晶錫-鉛具有更高的固相線溫度。目前，考慮使用Sn/Ag3.0/Cu0.5焊料膏作為共晶Sn/Pb替代材料。然而遺憾的是，Sn/Ag3.0/Cu0.5的固相線溫度約為217℃，這比共晶Sn/Pb的固相線溫度高34℃。這種合金所需要的增加的熱激增(excursion)會(huì)導(dǎo)致電子元件的過(guò)早失效。因此，存在尋找共晶Sn/Pb的合適替代材料的需求，該替代材料具有相對(duì)低的固相線溫度。
在互連凸起的形成中所使用的傳統(tǒng)的焊料膏包含具有微米范圍直徑的金屬顆粒。Sakuyama的美國(guó)專利No.6,630,742B2公開(kāi)了顆粒含量不超過(guò)10wt％的焊料粉末，該顆粒的直徑大于掩模的厚度而不超過(guò)該厚度的1.5倍，且公開(kāi)了作為范例的5至20μm的直徑。據(jù)稱這減小了如下風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)掩模用焊料涂覆并用刮板在掩模上前后移動(dòng)時(shí)，填充開(kāi)口的焊料膏會(huì)被擦去；和當(dāng)去除掩模時(shí)附著在該金屬掩模開(kāi)口內(nèi)壁上的焊料膏會(huì)被帶走。該′742專利進(jìn)一步公開(kāi)了如果減小具有20μm或更小顆粒直徑的焊料粉的比例，可自動(dòng)改善與其制備相聯(lián)系的問(wèn)題，例如勞動(dòng)強(qiáng)度大，低產(chǎn)量和高成本。′742專利提出了具有低比例的小顆粒直徑的焊料粉的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，該焊料膏對(duì)氧化不敏感從而導(dǎo)致該焊料膏具有較長(zhǎng)的壽命。
因此本領(lǐng)域中對(duì)于在電子元件上形成焊料區(qū)的方法存在持續(xù)的需求，例如用于晶片級(jí)封裝的半導(dǎo)體元件上的互連凸起。本領(lǐng)域中還存在對(duì)可以通過(guò)這樣的方法形成的電子元件的需求。該方法和元件能夠阻止或顯著改善上面所述關(guān)于本領(lǐng)域情形的問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
依照第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了在電子元件上形成焊料區(qū)的方法。該方法包括(a)提供具有一個(gè)或多個(gè)接觸墊的基板；和(b)在該接觸墊上施加焊料膏。該焊料膏包含載體和含有金屬顆粒的金屬成分。該焊料膏具有比該焊料膏熔化且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低的固相線溫度。
依照另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了電子元件。該電子元件包括(a)具有一個(gè)或多個(gè)接觸墊的基板；和(b)該接觸墊上的焊料膏。該焊料膏包含載體和含有金屬顆粒的金屬成分。該焊料膏具有比該焊料膏熔化且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低的固相線溫度。
參照下列描述，權(quán)利要求，和相關(guān)的附圖，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將清楚的認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明將參照下列附圖進(jìn)行討論，其中相似的參照數(shù)字代表相似的部件，且其中圖1(a)-(f)依照本發(fā)明以橫截面說(shuō)明在其不同形成階段電子元件上以互連凸起形式的焊料區(qū)。
圖2(a)-(b)依照本發(fā)明的另一個(gè)方面以橫截面說(shuō)明在其不同的形成階段通過(guò)將具有互連凸起形式的焊料區(qū)的電子元件連接至基板形成的電子元件。
圖3(a)-(f)依照本發(fā)明的另一個(gè)方面以橫截面說(shuō)明其不同的形成階段電子元件上的焊料區(qū)。
圖4(a)-(b)依照本發(fā)明的另一個(gè)方面以橫截面說(shuō)明在其不同形成階段將具有焊料區(qū)的電子元件連接至基板的連接。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1(a)-(f)對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行描述，該圖說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的焊料區(qū)形成過(guò)程的典型工藝流程圖。正如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”是指一個(gè)或多個(gè)，除非另外明確說(shuō)明。術(shù)語(yǔ)納米顆粒是指具有50nm或更小直徑的顆粒。術(shù)語(yǔ)“金屬”是指單組分金屬，金屬混合物，金屬合金，和金屬間化合物。
本發(fā)明的方法包括在電子元件上形成焊料區(qū)。本發(fā)明中所用的焊料是由焊料膏形成的，該焊料膏包含金屬顆粒形式的金屬成分和載體成分。對(duì)金屬顆粒的尺寸進(jìn)行選擇以便使焊料膏具有比該焊料膏熔化且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低的固相線溫度。
本發(fā)明是基于這樣的原理傳統(tǒng)焊料膏中所使用的較大尺寸的顆粒具有與塊狀金屬相同的固相線溫度，而金屬納米顆粒具有相比更低的固相線溫度?？梢酝ㄟ^(guò)將顆粒尺寸逐漸(incremental)減小到閾值以下，從而逐漸降低該金屬的固相線溫度。一旦熔化并凝固，所得金屬便具有該再次凝固的熔體/塊體材料的固相線溫度。當(dāng)包含在焊料膏中時(shí)，相比隨后的熔化和凝固材料，該納米顆粒可以以相同的方式有效降低該焊料膏的固相線溫度。因此，可以在給定的溫度下形成焊料區(qū)，在隨后的在相同(或甚至更高)的溫度下的熱處理過(guò)程中其不會(huì)發(fā)生回流(reflow)。這在電子元件的連接層次，以及焊料膏和其它器件材料的選擇中提供了相當(dāng)大的靈活性。
此外，當(dāng)在例如助熔劑中使用有機(jī)成分時(shí)，所用的金屬顆?？蓽p少或消除焊料膏回流后可能殘留下的有機(jī)殘?jiān)ｋm然不希望受任何具體理論的限制，但認(rèn)為該焊料膏中金屬顆粒相對(duì)高的表面積會(huì)提高該有機(jī)材料的催化分解速率。
然而該金屬顆粒的有效尺寸將取決于例如具體的金屬和所需的焊料膏的固相線溫度，有用的顆粒通常在納米尺寸范圍內(nèi)。可以通過(guò)許多已知的技術(shù)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)如濺射，電解沉積，激光分解，電弧加熱，高溫火焰或等離子噴涂，氣溶膠燃燒，靜電噴涂，模板電沉積(Templated electrodeposition)，沉淀，濃縮，研磨等來(lái)制造納米顆粒。例如國(guó)際公開(kāi)No.WO96/06700公開(kāi)了使用如激光，電弧，火焰，或等離子的能源加熱和分解起始材料，從起始材料形成納米顆粒的技術(shù)，這里將其全部引用作為參考。
在本發(fā)明中有用的金屬顆粒包括，例如錫(Sn)，鉛(Pb)，銀(Ag)，鉍(Bi)，銦(In)，銻(Sb)，金(Au)，鎳(Ni)，銅(Cu)，鋁(Al)，鈀(Pb)，鉑(Pt)，鋅(Zn)，鍺(Ge)，鑭系元素，它們的組合，和它們的合金。其中，典型為Sn，Pb，Ag，Bi，In，Au，Cu，它們的組合，和它們的合金，例如錫和錫合金，例如Sn-Pb，Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Ag-Cu，Sn-Bi，Sn-Ag-Bi，Sn-Au，和Sn-In。更具體地，Sn-Pb37，Sn-Pb95，Sn/Ag3.5，Sn/Ag3.0/Cu0.5(wt％基于金屬成分)等在本發(fā)明中得到了使用。
可以對(duì)焊料膏中金屬顆粒的尺寸和尺寸分布進(jìn)行選擇以提供所需的固相線溫度，該溫度將取決于例如顆粒的類(lèi)型。例如，可以對(duì)顆粒的尺寸和分布進(jìn)行選擇以便為該焊料膏提供比焊料膏熔化而且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低3℃或更多的固相線溫度，例如低5℃或更多，低10℃或更多，低50℃或更多，低100℃或更多，低200℃或更多，低400℃或更多，或低500℃或更多。
該金屬顆粒在焊料膏中的存在數(shù)量基于該焊料膏典型大于50wt％，例如大于85wt％。如上文所述，可有效降低金屬顆粒和所得焊料膏的固相線溫度的顆粒尺寸將取決于顆粒材料的具體類(lèi)型。通常，如果該顆粒的50％或更多，例如75％或更多，90％或更多，或99％或更多具有50nm或更小，例如30nm或更小，20nm或更小，或10nm或更小的直徑，將充分滿足要求。通常，該金屬和/或金屬合金顆粒的平均直徑為50nm或更小、例如30nm或更小，20nm或更小，或者10nm或更小。典型地，該金屬顆粒的尺寸和尺寸分布可有效的允許該焊料膏在比該凝固熔體的固相線溫度低的溫度下熔化。然而，如果一部分顆粒是尺寸較大且不熔化的顆粒也可以滿足要求，假定所得焊料區(qū)可以在電子元件中提供足夠可靠的電子連接。一部分較大的顆粒可能會(huì)溶解到該焊料膏的熔化部分中。
該載體可以包含一種或多種成分，例如一種或多種溶劑，助熔劑，和活化劑。焊料膏中該載體的存在數(shù)量典型為1至20wt％，例如5至15wt％。
在載體中典型存在溶劑以便調(diào)節(jié)該焊料膏的粘度，該粘度典型為100kcps(千厘泊)至2000kcps，例如500至1500kcps或750至1000kcps。適合的溶劑包括，例如，有機(jī)溶劑如低分子量的醇類(lèi)例如乙醇，酮類(lèi)例如甲基乙基酮，酯類(lèi)例如乙酸乙酯，和烴類(lèi)例如煤油。該溶劑在載體中的存在數(shù)量典型為10至50wt％，例如30至40wt％。
可以在載體中進(jìn)一步包含助熔劑以便增強(qiáng)焊料膏與基板的粘結(jié)。適合的助熔劑包括，例如一種或多種松香如聚合松香，氫化松香，和酯化松香，脂肪酸，甘油，或軟蠟。當(dāng)使用時(shí)，助熔劑在載體中的存在數(shù)量典型為25至80wt％。
當(dāng)加熱焊料膏時(shí)，活化劑有助于除去接觸墊表面上或金屬顆粒表面上所形成的氧化物。適合的活化劑在本領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的，且包括例如一種或多種有機(jī)酸如丁二酸或己二酸和/或有機(jī)胺如尿素，其它金屬螯合劑例如EDTA，鹵化物例如氯化銨或鹽酸。當(dāng)使用時(shí)，活化劑在載體中的存在數(shù)量典型為0.5至10wt％，例如1至5wt％。
可以在焊料膏中選擇使用另外的添加劑，例如觸變劑，如硬化蓖麻油，羥基硬脂酸，或多元醇(polyhydridic alcohols)。該可選添加劑在焊料膏中的存在數(shù)量典型為0至5wt％，例如0.5至2.0wt％。
為減小形成的電子元件被腐蝕的可能性和相關(guān)的問(wèn)題，該焊料膏可以基本上不含鹵素和堿金屬原子。典型地，鹵素和堿金屬原子在該焊料中的含量小于100ppm，例如小于1ppm。
可以通過(guò)將金屬成分與載體成分混合，并包含任何所需可選成分來(lái)形成依照本發(fā)明的焊料膏。可以首先混合非金屬成分以便提供更均勻的分散體。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，圖1(a)-(f)以橫截面說(shuō)明在其不同形成階段電子元件上以互連凸起形式的焊料區(qū)。根據(jù)圖1(a)，提供了電子元件的基板2。該電子元件可以是例如半導(dǎo)體晶片，如單晶硅晶片，硅-藍(lán)寶石(SOS)基板，或硅-絕緣體(SOI)基板，單個(gè)(singulated)半導(dǎo)體芯片例如IC芯片，擁有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片的模塊電路，印制線路板，或它們的組合。
該基板在其表面上具有一個(gè)或多個(gè)接觸墊4，且典型為多個(gè)接觸墊4。接觸墊4是一般通過(guò)物理氣相沉積(PVD)例如濺射或蒸發(fā)或電鍍，由一層或多層金屬，復(fù)合金屬或金屬合金形成的。典型的接觸墊材料包括而不限于，鋁，銅，氮化鈦，鉻，錫，鎳，和它們的組合或合金。在接觸墊4上典型形成鈍化層，并通過(guò)典型為干法刻蝕的刻蝕工藝在其中形成延伸至接觸墊的開(kāi)口。該鈍化層典型為絕緣材料，例如氮化硅，氮氧化硅，或氧化硅，例如磷硅酸鹽玻璃(PSG)?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積這樣的材料，例如等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)。接觸墊4充當(dāng)待形成的焊料區(qū)的粘附層和電接觸基底。該接觸墊典型為正方形或矩形，雖然也可以使用其它形狀。
如本領(lǐng)域中所熟知的，將具有對(duì)應(yīng)于接觸墊的開(kāi)口的圖案化掩模置于基板的表面附近或者可以在該基板的表面形成該圖案化掩模。該圖案化掩?？梢允?，例如在其中形成有對(duì)應(yīng)于接觸墊的開(kāi)口的金屬板(未顯示出)，并對(duì)準(zhǔn)放置在與基板表面接觸或與基板表面成近似接觸(nearcontact)?？蛇x地，可以在基板表面上形成該掩模，如圖1(b)和(c)所示。在這個(gè)情形中，可以在基板2的表面上涂覆例如光致抗蝕劑材料的掩模材料，例如，購(gòu)自Shipley Company，L.L.C.，Marlborough，MA的Shipley BPRTM100抗蝕劑。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻曝光和顯影技術(shù)在光致抗蝕劑層6上形成圖案從而形成掩模6’?？蛇x在基板表面上形成掩模，例如通過(guò)涂覆和刻蝕電介質(zhì)層，例如氧化硅，氮化硅，或氮氧化硅。
該掩模的開(kāi)口典型延伸超過(guò)接觸墊4的邊緣，以便允許焊料涂覆在接觸墊上以及超出接觸墊的外圍區(qū)域。該掩模開(kāi)口可以是多種的幾何形狀，但典型為與接觸墊4相同的形狀。非限制性的，掩模6’的厚度應(yīng)足夠厚以便允許將焊料膏涂覆至所需的厚度。
然后將上述的焊料膏8涂覆在接觸墊2上。雖然該厚度將取決于具體的焊料膏和所涉及的幾何形狀，但典型在接觸墊4上涂覆例如50μm至150μm厚度，或200μm至400μm厚度的焊料膏。如圖1(d)所示，例如可以通過(guò)在掩模6’的表面上沉積焊料膏，然后使用例如刮板10的工具將焊料膏從掩模表面移過(guò)實(shí)現(xiàn)該操作。以這種方式，將焊料膏移入如圖1(d)和(e)中所示的焊料膏區(qū)域12的接觸墊之上的掩模的孔中。典型但并非必須除去掩模6’然后加熱基板2以便熔化焊料膏，從而形成焊料凸起12’，如圖1(f)所示?？梢栽诨亓鳡t中并且在該焊料膏熔化并流動(dòng)成大致為缺頂球形的溫度下進(jìn)行加熱，由此形成如圖1(f)所示的焊料凸起12’。適合的加熱技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，且包括例如紅外，傳導(dǎo)，和對(duì)流技術(shù)，以及它們的組合。該回流的互連凸起通常與該接觸墊結(jié)構(gòu)的邊緣是同延的(coextensive)?？梢栽诙栊詺夥栈蛟诳諝庵羞M(jìn)行該熱處理步驟，具體的處理溫度和時(shí)間取決于焊料膏的具體組成和其中金屬顆粒的尺寸。
圖2(a)-(b)以橫截面說(shuō)明通過(guò)將上述具有互連凸起12’形式的焊料區(qū)的電子元件連接至具有對(duì)應(yīng)于焊料凸起12’的接觸墊16的基板14而形成的電子元件13。這種連接技術(shù)適用于將兩個(gè)電子元件連接起來(lái)，例如將IC直接連至器件封裝，模塊電路或PWB，或?qū)⒛K電路或器件封裝連接至PWB?？梢詤⒄战佑|墊4由上面所述的材料構(gòu)建元件14的接觸墊16。接觸墊16通常為Al，Cu，Ni，Pd，或Au。參照?qǐng)D2(a)，將兩個(gè)電子元件大體對(duì)準(zhǔn)并互相接觸以便使一個(gè)電子元件的焊料區(qū)12’與元件14的接觸墊16大致對(duì)準(zhǔn)并接觸。然后，將這些元件加熱到能夠熔化焊料凸起12’的溫度，由此形成與接觸墊16的連接?？梢允褂门c上面所述關(guān)于形成焊料凸起12’中所用焊料膏的加熱相同的技術(shù)進(jìn)行該加熱。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，圖3(a)-(f)以橫截面說(shuō)明其不同的形成階段電子元件上的焊料區(qū)。本發(fā)明的這個(gè)方面適用于例如將兩個(gè)電子元件連接起來(lái)，其中在熔化納米顆粒焊料膏之前使兩個(gè)元件互相接觸。上述關(guān)于圖1(a)-(e)的描述大體上適用于圖3(a)-(e)。在本發(fā)明的這個(gè)方面的益處在于使用比在形成焊料凸起中所用的焊料膏厚度更小的焊料膏厚度。例如，可以在接觸墊4上涂覆焊料膏至例如1至50μm的厚度，或10至20μm的厚度。另外，希望將焊料區(qū)限制在所示的接觸墊中。然后除去掩模6’，如圖3(f)所示，由此形成了具有焊料區(qū)12的電子元件，該焊料區(qū)12具有在接觸墊4上形成的納米顆粒焊料膏的形式。
圖4(a)-(b)以橫截面說(shuō)明通過(guò)將上述具有納米顆粒焊料膏12形式的焊料區(qū)的電子元件連接至具有對(duì)應(yīng)于焊料凸起12的接觸墊16的基板14而形成的電子元件13。上面關(guān)于圖2(a)-(b)的描述大體上適用，除非另外說(shuō)明。在這個(gè)實(shí)施方案中，可以參照接觸墊4由上面所述的材料構(gòu)建元件14的接觸墊16，典型為Al，Cu，Ni，Pd，或Au。參照?qǐng)D4(a)，將兩個(gè)電子元件大體對(duì)準(zhǔn)并互相接觸，以便使一個(gè)電子元件的焊料區(qū)12與元件14的接觸墊16大致對(duì)準(zhǔn)并接觸。然后，將這些元件加熱到能夠熔化焊料膏12的溫度。當(dāng)該熔體凝固時(shí)，在兩個(gè)元件之間形成了具有比起始焊料膏高的固相線溫度的連接?？梢允褂门c上面參照?qǐng)D1描述的關(guān)于形成焊料凸起中所用的焊料膏加熱相同的技術(shù)進(jìn)行該加熱。應(yīng)當(dāng)清楚的是，在使基板接觸之前可以在任一個(gè)或兩個(gè)基板的接觸墊上形成該焊料膏。
下面的預(yù)示(prophetic)實(shí)施例的意圖是進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，而并非用來(lái)在任何方面對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。
實(shí)施例1-10如下制備依照本發(fā)明的納米顆粒焊料膏。由0.92g苯甲酸和20ml二乙醚制備0.25M的苯甲酸溶液。將86g焊料合金納米顆粒加入該溶液浸泡一小時(shí)并不時(shí)進(jìn)行攪拌。對(duì)該粉末漿料進(jìn)行沖洗和干燥。由50wt％的松香，41wt％的乙二醇溶劑，4wt％的丁二酸，和5wt％的蓖麻油制備松香基助熔劑。將該助熔劑加入該金屬顆粒以便形成具有88wt％金屬的膏劑，如表1所示。使用所得焊料膏按下面所述在電子器件上形成焊料區(qū)。
提供在其表面形成有IC芯片的半導(dǎo)體晶片。每個(gè)IC芯片具有64個(gè)間距為100μm的接觸墊(每個(gè)邊為200μm)。將金屬掩模置于與該表面接觸，該掩模具有露出接觸墊且直徑為150μm的開(kāi)口。使用刮板將焊料膏涂在掩模上，使焊料膏填充在掩模的開(kāi)口中。將該晶片加熱到表1中所示的預(yù)期固相線溫度(Tsol)，從而熔化該焊料并在接觸墊上形成焊料凸起形式的焊料區(qū)。表1中同時(shí)示出了Tsol與熔化并凝固后該焊料膏的預(yù)期固相線溫度之間的差異(Tsol-Tbulk)?？梢钥闯?，對(duì)于給定的材料，通過(guò)使用納米顆粒焊料膏可以獲得預(yù)期固相線溫度的顯著降低。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)金屬顆粒的尺寸可以控制這種降低的程度。
表1

雖然根據(jù)具體的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，使用等同條件可以做出多種改變和修改而不背離權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.在電子元件上形成焊料區(qū)的方法，該方法包括(a)提供包含一個(gè)或多個(gè)接觸墊的基板；和(b)在該接觸墊上施加焊料膏，該焊料膏包含載體和含有金屬顆粒的金屬成分。其中該焊料膏具有比該焊料膏熔化而且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低的固相線溫度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中50％或更多的顆粒具有50nm或更小的直徑。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中該金屬和/或金屬合金顆粒的平均直徑是30nm或更小。
4.權(quán)利要求1-3任何一個(gè)的方法，該方法進(jìn)一步包括(c)在能夠熔化該焊料膏的溫度下加熱焊料膏；和(d)使該熔體凝固。
5.權(quán)利要求1-4任何一個(gè)的方法，其中該基板包含多個(gè)接觸墊，以及該接觸墊上的多個(gè)相應(yīng)的焊料區(qū)。
6.權(quán)利要求1-5任何一個(gè)的方法，該方法進(jìn)一步包括(c)提供包含一個(gè)或多個(gè)接觸墊的第二個(gè)基板，該接觸墊對(duì)應(yīng)于第一個(gè)基板的一個(gè)或多個(gè)接觸墊；和(d)使第一和第二個(gè)基板互相接觸，其中第二個(gè)基板的接觸墊與第一個(gè)基板的接觸墊對(duì)準(zhǔn)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中(d)中的第二個(gè)基板的接觸墊與焊料膏接觸，并進(jìn)一步包括(e)(d)步驟之后，在能夠熔化該焊料膏的溫度下加熱焊料膏。
8.一種電子元件，包括(a)包含一個(gè)或多個(gè)接觸墊的基板；和(b)該接觸墊之上的焊料膏，該焊料膏包含載體和含有金屬顆粒的金屬成分，其中該焊料膏具有比該焊料膏熔化而且該熔體再次凝固后所得的固相線溫度低的固相線溫度。
9.權(quán)利要求8的電子元件，其中50％或更多的顆粒具有50nm或更小的直徑。
10.權(quán)利要求8或9的電子元件，其中該基板包含多個(gè)接觸墊，以及該接觸墊之上的相應(yīng)焊料凸起。
全文摘要
公開(kāi)了在電子元件上形成焊料區(qū)的方法。該方法包括(a)提供具有一個(gè)或多個(gè)接觸墊的基板；和(b)在該接觸墊上施加焊料膏。該焊料膏包括載體和含有金屬顆粒的金屬成分。該焊料膏具有比該焊料膏熔化而且該熔體再次凝固后產(chǎn)生的固相線溫度低的固相線溫度。同時(shí)提供了可以通過(guò)本發(fā)明的方法形成的電子元件?？梢栽诎雽?dǎo)體工業(yè)中在半導(dǎo)體元件上形成互連凸起中得到具體的應(yīng)用，例如使用凸起連接工藝將集成電路連接至模塊電路或印制線路板。
文檔編號(hào)B23K3/06GK1642392SQ200410082139
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者N·E·布雷斯, M·P·托本 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯電子材料有限責(zé)任公司