[发明专利]用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件及其制备方法

说明书

本发明涉及集成电路领域，提供一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，包括：载体；在载体表面上依次叠加设置的吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；其中：所述吸氢层，覆形覆盖在载体表面，其被设置用于吸氢/储氢；所述选择性渗氢层，覆形覆盖在吸氢层上，用于选择性地允许氢气透过而阻止其他气体透过；所述保护层，采用在空气环境下性质稳定的金属/合金薄膜，其覆形覆盖在选择性渗氢层上，用于允许氢气透过并且保护位于其下方的选择性渗氢层不与空气中的气体反应而减弱渗氢。

技术领域

本发明涉及混合集成电路领域，尤其是混合集成电路封装内的选择性吸氢器件，具体而言涉及一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，适于在氢气敏感的混合集成电路封装中选择性吸收氢气，以提高混合集成电路封装的可靠性和寿命。

背景技术

由于各有源器件（如各种半导体芯片）和无源器件（如封装基板，封装壳体，吸波片等）在其制作过程中，以及在封装工艺（如各种钎焊，无铅焊，共晶，胶粘等）过程中难免会引入氢气，或者制作过程、封装工艺过程中的化学反应产生了氢气。这些氢气会被有源器件、无源器件、封装模块（例如一些具有吸氢/储氢能力的金属、合金、复合材料、有机材料等）吸收，在混合集成电路封装里面残留氢气。这些残留的氢气在混合集成电路日后的使用过程中有可能缓慢释放出来，使混合集成电路里面对氢气敏感的电子元器件、连接引线、金属焊盘/焊球等中毒甚至失效，例如砷化镓芯片，会严重影响混合集成电路的长期可靠性和使用寿命。

目前，解决氢敏感混合集成电路里面残留氢气缓慢释出的方法主要有两种：其一是在封装前对各封装元件进行除氢处理，并且需要在封装工艺过程避免引入氢；其二是在封装里面增加一个吸氢元件，把封装里面后期缓慢释出的氢气吸收掉。为了增加可靠性，封装实践中通常是两种方法同时使用。

用于氢敏感混合集成电路的吸氢元件有其特殊性，即需要在氢气分压（通常数十万到数千ppm量级）和工作温度（通常要求-55度到150度）都比较低的情况下，选择性地吸收氢气，而电子封装通常是冲氮气、惰性气体或直接空气气氛封装，吸氢元件在吸收氢气后在上述分压和工作温度下不会释放出来。同时，由于电子器件及封装的温度敏感性，氢敏感混合集成电路中使用的吸氢元件一般不能采用高温激活。因此它和传统真空器件封装中的吸氢材料在使用目的（保持真空度）、基本要求（尽量各种气体都吸收）以及使用前提（需要高温激活）均不同，简单移植真空器件中的吸氢材料和封装方案往往得不到好的结果。

当前，氢敏感混合集成电路所用吸氢元件的做法主要是以钛金属片材作为吸氢材料，然后在其表面电镀或磁控溅射镀覆数百纳米厚的钯金属作为保护层，或磁控溅射钛/钯金属分别作为过渡层和保护层，如中国专利申请CN110863174A公开的一种无需激活的钛基吸氢材料及其制备方法和CN110699649公开的一种用于电子封装的吸氢材料及其制备方法，这种结构的吸氢器件虽然有效，但吸氢效率/速率比较低，使用鲁棒性不好，而且Ti基体和结合在Ti基体上的起催化裂解渗透作用的Pd膜，使用钯金属的产品虽然性能好，但是为了获得比较好的吸氢效果，需要做的比较厚，导致成本很高。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明目的的第一方面提出一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，包括：

载体；

在载体表面上依次叠加设置的吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；

其中：

所述吸氢层，覆形覆盖在载体表面，其被设置用于吸氢/储氢；

所述选择性渗氢层，覆形覆盖在吸氢层上，用于选择性地允许氢气透过而阻止其他气体透过；

所述保护层，采用在空气环境下性质稳定的金属/合金薄膜，其覆形覆盖在选择性渗氢层上，用于允许氢气透过并且保护位于其下方的选择性渗氢层不与空气中的气体反应而减弱渗氢。