[发明专利]一种复合烧结片及其制备和在芯片互连封装中的应用

说明书

本申请通过将锡涂覆在泡沫铜的表面，得到了一种复合烧结片，该复合烧结片包括片状泡沫铜和涂覆在所述泡沫铜表面的锡涂层，且泡沫铜的孔隙率≥90％，锡涂层与所述泡沫铜的质量比为0.5～2.0。本申请还涉及一种芯片互连封装方法，该方法利用所述复合烧结片，经瞬时液相烧结技术成功地实现了基板和芯片之间的有效互连。由于泡沫铜的多孔结构以及Cu本身的性质，本发明的复合烧结片能够在低温下完成烧结，并且烧结所得互连结构能够在高温条件下工作。

技术领域

本发明属于半导体互连材料领域，具体的，本发明涉及一种复合烧结片及其制备，本发明还涉及所述复合烧结片在芯片互连封装中的应用。

背景技术

随着电子器件集成度越来越高，以及汽车、航天等工业的不断发展，芯片需要承受更大的电流密度以及更高的服役温度。

单晶硅材料的芯片在高于150℃的条件下就无法稳定工作，但是，第三代半导体材料碳化硅(SiC)可以在超过300℃的极端环境下正常工作，因此，在高温大功率器件中，用SiC材料取代Si得到了越来越广泛的应用。

芯片贴装是封装过程中的关键环节，用以实现芯片与基板之间的电、热连接，因此接头处需要承受与功率芯片相同等级的温度。

但是，传统的钎料熔点低，不适用于高温工作条件。例如，锡基无铅钎料、导电胶、铜/玻璃复合材料等大多数在200℃左右会失效。

高铅钎料虽然熔点很高，但是由于铅对人体有害，已经被禁止用于电子设备中。

过去的几十年中，世界范围内都在寻找可替代的无毒高温连接材料，这些材料应具有类似于或超越高铅钎料的性能，例如应具有20W·m^-1·K^-1的高热导率、＜10^-6Ω·m的低电阻率、400℃的高熔点、优良的韧性和润湿性、匹配良好的热膨胀系数(CTE)以及较高的热机械疲劳抗性。

尽管，很多材料和方法有希望替代高铅钎料的应用，如，铋基钎料、锌基钎料以及纳米铜烧结法等等，但是，这些材料和方法都有各自的缺陷。

在低温下焊接可以减少应力的产生，提高可靠性。因此，目前亟需开发一种能够实现低温烧结焊接、并且烧结焊接所得结构能够在高温服役的烧结材料。

发明内容

针对本领域中存在的技术问题，本申请提供了一种复合烧结片，其特征在于，所述复合烧结片包括片状泡沫铜和涂覆在所述泡沫铜表面的锡涂层，所述泡沫铜的孔隙率≥90％，且所述锡涂层与所述泡沫铜的质量比为0.5～2.0。

相应的，本申请提供了一种制备本发明复合烧结片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)对片状泡沫铜进行清洗；和

2)将锡涂覆在所述泡沫铜的表面，得到所述复合烧结片。

相应的，本申请还提供了一种芯片互连封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)对片状泡沫铜进行清洗；

2)将锡涂覆在所述泡沫铜的表面，得到复合烧结片；

3)向所述复合烧结片施加5-30MPa的压力，使所述复合烧结片变形得到变形的复合烧结片；

4)将所述变形的复合烧结片置于覆铜陶瓷基板的表面，并且在所述变形的复合烧结片的上表面放置芯片，然后，经由热压烧结装置，通过上压头和下压头，向所述变形的复合烧结片施加足以使锡熔化并与泡沫铜中的铜、基板表面的铜以及芯片表面的铜反应生成Sn₅Cu₆的温度和压力，烧结得到互连封装结构。

根据本发明的芯片互连封装方法，其清洗步骤1)和涂覆步骤2)的目的在于制备本发明的复合烧结片，因此与制备本发明复合烧结片的方法中的清洗步骤1)和涂覆步骤2)完全相同。