r>[0091](2)襯底預(yù)處理
襯底為高導(dǎo)熱W85Cul5合金板材，通過機械加工成所需lOmmX 6mmX 2臟，表面鍍覆Au/Ni鍍層，通過壓接方法在待鍵合面預(yù)置厚度為0.06mm的Pb37Sn63共晶焊料。
[0092](3)壓塊成型
蓋板為厚度為0.381mm的氧化鋁陶瓷板，在陶瓷板表面貼附聚酰亞胺高溫膠帶，并擠出貼附面的氣泡，保證高溫膠帶與蓋板的附著力，在通過劃片機將其切割成15mmX 10mm規(guī)格。
[0093](4)裝配
將芯片、襯底置于底座相應(yīng)腔體內(nèi)，最后防止好壓塊，并將底座置于共晶燒結(jié)爐的熱板上，最后關(guān)上真空燒結(jié)爐門。
[0094](5)共晶鍵合
設(shè)定焊接溫度曲線和工藝氣氛，共晶燒結(jié)爐腔體內(nèi)部進行抽真空和充氮氣，并進行3次循環(huán)，同時逐步升高熱板溫度。循環(huán)結(jié)束后充入流量為6slm的高純氮氣作為保護氣體，待焊料熔化后，保溫30s，爐腔內(nèi)抽真空并保持45s。共晶鍵合完成后，通入14slm的氮氣，對器件進行冷卻。當爐內(nèi)溫度降至50°C以下時，打開爐門，取出芯片模塊。
[0095]通過X-Ray對芯片共晶鍵合釬透率進行了檢測，結(jié)果表明，焊透率達到90%以上。
【主權(quán)項】
1.具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:按如下步驟進行: 步驟一:底座成型； 取一塊石墨，采用高純石墨精密加工工藝制作出一塊底座(4); 在該底座(4)上加工臺階腔體，獲得具有臺階腔體的底座(4); 通過粘接或者沉積方式，在具有臺階腔體的底座(4)的腔體底面和側(cè)面附著一層聚酰亞胺或者聚四氟乙烯，并對附著在具有臺階腔體的底座(4)的表面的聚酰亞胺或者聚四氟乙烯進行軟化處理，獲得經(jīng)過軟化處理的底座(4);其中，經(jīng)過軟化處理的底座(4)表面的聚酰亞胺或者聚四氟乙烯層進行軟化處理的厚度范圍在10-50Mm ； 步驟二:襯底預(yù)處理； 取一塊合金板材，通過機械加工工藝將該合金板材加工成襯底(2);對襯底(2)的表面鍍覆一層Au/Ni鍍層，獲得含有Au/Ni鍍層的襯底(2);其中，Ni層的厚度范圍為1_6 Mm，Au層的厚度范圍為2.54-5.08 Mm ; 在含有Au/Ni鍍層的襯底(2)的待鍵合面預(yù)置共晶焊料，獲得含有共晶焊料的襯底(2)； 步驟三:壓塊成型； 蓋板(1)為氧化鋁陶瓷板；通過粘接或者沉積方式，在蓋板(1)表面附著一層聚酰亞胺或者聚四氟乙烯； 隨后，對表面附著有聚酰亞胺或者聚四氟乙烯的蓋板(1)進行軟化處理，獲得經(jīng)過軟化處理的蓋板(1); 其中，蓋板(1)表面的聚酰亞胺或者聚四氟乙烯的軟化處理層厚度范圍為10-50 Mm; 步驟四:裝配； 通過貼片機將芯片(3)、由步驟二獲得的含有共晶焊料的襯底(2)、由步驟三獲得的經(jīng)過軟化處理的蓋板(1)自下而上地置于由步驟一獲得的經(jīng)過軟化處理的底座(4)的腔體，獲得半成品； 隨后，將將前述半成品置于共晶燒結(jié)爐的熱板上，并關(guān)上共晶燒結(jié)爐的爐門； 步驟五:共晶鍵合； 設(shè)定共晶燒結(jié)爐的的焊接溫度曲線和工藝氣氛，對共晶燒結(jié)爐腔體內(nèi)部進行抽真空和充保護氣體，抽真空和充保護氣體的工藝執(zhí)行2次以上循環(huán)，同時逐步升高熱板溫度； 待共晶燒結(jié)爐的腔體內(nèi)部溫度將含有共晶焊料的襯底(2)上的焊料開始融化時，向共晶燒結(jié)爐的腔體內(nèi)部通入3-9slm流量的還原介質(zhì)或者保護氣體，以提高加熱效果，還原介質(zhì)還起著去除焊料表面氧化層的作用； 待含有共晶焊料的襯底(2)上的焊料完全熔化后，將此刻共晶燒結(jié)爐的爐溫保溫5-30s，并持續(xù)對爐腔內(nèi)抽真空； 待半成品完成共晶鍵合后，向共晶燒結(jié)爐的腔體內(nèi)部沖入冷卻氣體，獲得芯片模塊；該芯片模塊即為成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:在裝配過程中，經(jīng)過芯片(3)表面的圖形朝下；且芯片(3)置于含有共晶焊料的襯底(2)的下面；含有共晶焊料的襯底(2)的待鍵合面朝下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:在底座(4)上加工4個臺階的腔體，即構(gòu)成自上而下的4級凹槽，依次記為；壓板定位槽(I)、襯底定位槽(II)、芯片定位槽(III)、介質(zhì)橋避讓孔(IV);其中，在底座(4)的頂面開有一個壓板定位槽(I)，在壓板定位槽(I)的底部開有一個襯底定位槽(II)，在襯底定位槽(II)的底部開有芯片定位槽(III)，在芯片定位槽(III)的底部開有一個以上的介質(zhì)橋避讓孔(IV);具體如下: 壓板定位槽(I)的形狀與蓋板(1)的輪廓相匹配；所述蓋板(1)起壓塊的作用，壓板定位槽(I)起為壓塊定位槽的作用； 襯底定位槽(II)的形狀與襯底(2)的輪廓相匹配；襯底定位槽(II)起襯底定位槽的作用； 芯片定位槽(III)的形狀與芯片(3)的輪廓相匹配；芯片定位槽(III)起芯片定位槽的作用；芯片定位槽(III)的深度小于芯片(3)的厚度；襯底定位槽(II)和第三級臺階(III)的深度之和小于芯片(3)和襯底(2)的厚度之和； 介質(zhì)橋避讓孔(IV)為圓孔；在芯片(3)底部的表層圖上設(shè)置有介質(zhì)橋(10);介質(zhì)橋避讓孔(IV)的開設(shè)位置與芯片(3)底部介質(zhì)橋(10)的位置相對應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:襯底定位槽(II)的尺寸精確的控制依賴于經(jīng)過軟化處理的底座(4)上的軟化層的厚度， 芯片定位槽(III)的尺寸精確的控制依賴于含有共晶焊料的襯底(2)上的厚度， 通過機械加工的方式，確保經(jīng)過軟化處理的底座(4)上的軟化層的平面度均大于0.03mm，尺寸精度均在0-0.05mm之間。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:附著在芯片定位槽(III)的底面、芯片定位槽(III)的側(cè)壁、襯底定位槽(II)的底面和襯底定位槽(II)的側(cè)面的軟化處理材料為聚酰亞胺或者聚四氟乙烯，附著方法為粘接或者沉積，厚度為 10-50Mm。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:通過壓接、沉積或電鍍等方式，在襯底(2 )的待鍵合面預(yù)置共晶焊料。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:在襯底定位槽(II)的底部開有一個以上的芯片定位槽(III)，在每個芯片定位槽(III)的底部開有一個以上的介質(zhì)橋避讓孔(IV)，即實現(xiàn)同一個底座(4)上的多芯片模塊的共晶鍵合。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法，其特征在于:在底座(4)上開有一個以上的臺階腔體；所述臺階腔體呈陣列式排布，實現(xiàn)陣列式批量組裝。9.采用權(quán)利要求1至7所述的具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法獲得的產(chǎn)物，其特征在于:包括蓋板(1)、襯底(2)、芯片(3)和底座(4); 在蓋板(1)的下表面設(shè)有蓋板軟化處理層(6);在襯底(2)的下表面設(shè)有焊料層(8);在芯片(3)的下表面設(shè)有介質(zhì)橋(10); 底座(4)為矩形塊；在底座(4)的頂面開有一個壓板定位槽(I)，在壓板定位槽(I)的底部開有一個襯底定位槽(II)，在襯底定位槽(II)的底部開有芯片定位槽(III)，在芯片定位槽(III)的底部開有介質(zhì)橋避讓孔(IV);介質(zhì)橋避讓孔(IV)的數(shù)量與介質(zhì)橋(10)的數(shù)量相同，且介質(zhì)橋避讓孔(IV)的開設(shè)位置與介質(zhì)橋(10)的開設(shè)位置相對應(yīng)； 在芯片定位槽(III)的底面、芯片定位槽(III)的側(cè)壁、襯底定位槽(II)的底面和襯底定位槽(II)的側(cè)面附著有一層底座軟化處理材料；所述底座軟化處理材料的材質(zhì)為聚酰亞胺或者聚四氟乙烯，附著方法為粘接或者沉積，附著厚度為10-50Mffl ; 芯片(3)的底面壓在芯片定位槽(III)的底面上；芯片(3)底部的介質(zhì)橋(10)位置與介質(zhì)橋避讓孔(IV)的位置相對應(yīng)；芯片(3)水平輪廓與芯片定位槽(III)的水平輪廓相對應(yīng)；芯片(3)的高度大于芯片定位槽(III)的厚度； 底部連接有焊料層(8 )的襯底(2 )壓在芯片(3 )的上方；焊料層(8 )的底面不與襯底定位槽(II)上方的底座軟化處理材料相接觸；襯底(2)的水平輪廓、焊料層(8)的水平輪廓均與襯底定位槽(II)的水平輪廓相對應(yīng)； 襯底定位槽(II)和第三級臺階(III)的深度之和小于芯片(3)和襯底(2)的厚度之和； 底部連接有蓋板軟化處理層(6 )的蓋板(1)壓在襯底(2 )的上方部；蓋板(1)的底面不與壓板定位槽(I)上方的底座軟化處理材料相接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法獲得的產(chǎn)物，其特征在于:蓋板(1)的上半部延伸至底座(4)頂面的外部。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有介質(zhì)橋的芯片倒裝共晶鍵合方法及獲得的產(chǎn)物。所述方法包含底座成型、襯底預(yù)處理、壓塊成型、裝配、共晶鍵合5個步驟；所述產(chǎn)物包含蓋板、襯底、芯片和底座。有益的技術(shù)效果：本發(fā)明避免了組裝過程對裸芯片圖形層上介質(zhì)橋的損傷；避免了托盤對芯片表面圖形的污染和損傷；實現(xiàn)了芯片和襯底之間的高精度定位；實現(xiàn)了多個裸芯片同時進行共晶鍵合，避免了多芯片模塊共晶鍵合過程中存在的過燒和焊料氧化，提供了組件的可靠性；提高了裝配效率，降低了組裝失效率。實現(xiàn)高可靠和高效率多芯片模塊的批量組裝。
【IPC分類】H01L23/31, H01L21/60, H01L21/50, H01L23/488
【公開號】CN105428266
【申請?zhí)枴緾N201510891490
【發(fā)明人】閔志先, 邱穎霞, 胡駿, 林文海, 宋夏
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月30日