[发明专利]一种基于TLP扩散连接的电子封装方法

摘要

本发明提出一种基于TLP扩散连接的电子封装方法，是采用在热沉基板上沉积四层不同功能的金属层第一层高熔点的粘接阻挡金属层，厚度0.1～5μm，材料优选高熔点单层金属Ni、Cr；或双层金属Ti/Pt、Ti/Ni等；第二层扩散母材金属层，厚度2～50μm，材料优选熔点较高、便于同低熔点金属进行快速扩散的单层金属Au、Cu、Ag等；第三层低熔点金属中间层，厚度2～10μm，材料优选单层金属Sn、In、80Au20Sn合金等；第四层金属保护层，厚度0～5μm，材料优选耐氧化耐腐蚀的单层金属Au、Ag等。封装焊接温度由第三层低熔点金属中间层的熔点决定，通过控制焊接保温时间，调节低熔点元素在母材金属中的扩散程度，实现不同熔点的焊接组织，并且熔点高于原焊接材料。

主权项

一种基于TLP扩散连接的电子封装方法，包括如下步骤：1)根据半导体芯片特别是半导体激光器芯片的导电、散热和热膨胀系数匹配等要求选取不同材质的热沉基板(1)，如W‑Cu、Mo‑Cu合金，Al2O3、AlN、SiC陶瓷，DBC(direct bond copper，覆铜)陶瓷，或Al‑SiC、C‑SiC复合材料等，表面加工平整光洁。2)在热沉基板上的焊盘位置处沉积第一层0.1～5μm高熔点的粘接阻挡金属层(2)，沉积的金属可以是单层的、双层或多层的，金属材料为高熔点的Ti、Cr、W、Mo、Pt、Pd、Ni等。3)在第一层金属层之上沉积第二层2～50μm厚的扩散母材金属层(3)，沉积的金属可以是单层的、或双层的，金属材料为熔点较高、便于同低熔点金属进行快速扩散的元素，包括的Au、Cu、Ag等。4)在第二层金属层之上沉积第三层2～10μm厚的低熔点金属中间层(4)，沉积的金属可以是单层的或双层的，金属材料为熔点小于400℃的金属或合金，包括的157℃的In、221℃的96.5Sn3.5Ag、232℃的Sn、280℃的80Au20Sn、356℃的88Au12Ge等。5)在第三层金属中间层之上沉积第四层0～5μm厚的金属保护层(5)，沉积的金属通常单层，金属材料为耐氧化耐腐蚀的Au或Ag。当第三层低熔点金属中间层为Sn或80Au20Sn时，第四层金属保护层可以不要，即厚度＝0，但要求对沉积后的热沉基板立即进行充N2气保护，并要求使用期限在3～6个月之内。6)将半导体芯片(8)用吸嘴置于第一到第四层的沉积金属上，芯片上的电极(7)对准热沉基板上的焊盘(2)，吸嘴头压力为5‑10g/mm2以固定半导体芯片的位置。7)在N2+5～10％H2、Ar+5～10％H2气体保护下，加热到焊接温度(焊接温度通常高于第三层金属中间层熔点的20‑40℃)并保温0.5～60分钟，完成半导体芯片与热沉基板的TLP扩散连接。8)焊接后获得新的扩散连接组织，其熔点高于原焊接材料的最低熔点。