[发明专利]用于制造包括固定到引线框架的裸片的集成设备的方法

说明书

本公开涉及用于制造包括固定到引线框架的裸片的集成设备的方法。一种将利用半导体技术获得的裸片与引线框架焊接的方法包括以下步骤：提供引线框架，其具有至少部分地由铜制成的至少一个表面；提供裸片，其具有涂覆有金属层的至少一个表面；向表面施加焊料合金，该焊料合金在没有铅的情况下包括至少40wt％的锡或至少50％的铟或至少50％的镓，并将该合金加热到至少380℃的温度以形成焊料合金的液滴；提供裸片，其具有涂覆有金属层的至少一个表面；以及将金属层设置为与焊料合金的液滴接触以形成与引线框架的焊接连接。此外，提供了利用上述方法获得的设备。

技术领域

本公开涉及集成电子电路的制造，特别是用于将裸片焊接到通常为“引线框架”的连接支撑件。

背景技术

在集成电子设备的制造期间，通常将集成了电子组件和/或用半导体技术制成的其他组件(诸如功率器件)的半导体裸片焊接到连接支撑件(也称为“引线框架”或简称为“框架”)。此焊接过程通常称为“裸片附接(die attach)”。

框架执行对裸片的机械支撑作用，使能裸片与外界的电接触，并可以用于耗散设备内生成的热。

因此，有益的是，焊接材料具有低电阻和高热导率。

所焊接的连接承受反复的应力并保持其自身的完整性也是有益的。这些应力归因于电子电路在其使用寿命期间的温度变化。由于裸片和框架具有不同的热膨胀系数，因此随着操作温度的变化，它们趋于以彼此不同的方式膨胀，从而由于将它们结合在一起的约束而在结构内生成应力。因此，由裸片、框架和焊接材料组成的系统承受根据温度而变化的机械应力。

用于实现裸片与金属框架的冶金焊接的不同方法包括：使用金基合金而实现的焊接(称为“硬裸片附接”)，以及使用铅基或锡基合金的软钎焊。

在前一种情况下，可以产生具有优良的热性质和电性质的牢固结合，但是鉴于裸片为脆性材料，不能经受塑性变形，只要在刚性的焊接连接将热应力传递到裸片，刚度就可能导致裸片在热循环期间破裂。

此外，诸如80Au-20Sn合金的用于硬裸片附接的金基焊料合金具有非常高的成本，因此在商业上不利。最后，可以用于获得扩散焊工艺(通过存在于框架中的化学物质的扩散)的借助于这种合金实现焊接的过程很复杂，并且使用不常用于电子电路的制造中的专用工艺步骤和机器。

相反，使用铅基合金的软钎焊具有足够的塑性来补偿裸片和框架之间的热膨胀差异，但是在任何情况下，由于反复的热循环之后的疲劳，都易于屈服。

然而，用于限制在电子设备的制造中使用危险物质的越来越严格的法规已经导致了低铅含量甚至无铅的焊料合金的发展

例如，美国专利No.4,170,472说明了基于锡、银和锑的合金，其中，65Sn-25Ag-10Sb合金(也称为“J合金”)是特别优选的。

美国专利No.4,170,472描述了一种用于将涂覆有铬/银或镍/锡的裸片与涂覆有镍或银的框架焊接的方法。

然而，上述焊接工艺已被证明远不能抵抗反复的热循环，导致了系统表现的可靠性较差。

发明内容

特别地，本公开的一个或多个实施例提供了用于将裸片焊接到引线框架的新方法，以及结合了相同方法的集成设备。

特别地，以下描述涉及包括以下步骤的用于将裸片焊接到引线框架的方法：

a)提供引线框架，其具有至少部分地由铜制成的至少一个表面；

b)提供裸片，其具有涂覆有金属层的至少一个表面；