[发明专利]多芯片组件同质键合系统批生产性改进方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及多芯片组件（简称MCM），具体来说，涉及陶瓷厚膜型多芯片组件（简称MCM -C），更进一步来说，涉及同质键合系统陶瓷厚膜型多芯片组件。

背景技术

原有的多芯片组件集成技术中，是在厚膜低温多层共烧陶瓷基片（简称LTCC基片）上，采用丝网印刷的方式，将金浆、银浆或钯-银浆料等导体浆料、钌系电阻浆料，按顶层布图设计的要求，在LTCC基片上形成导带、阻带图形，经高温烧结后成型。在导带的端头、或指定的地方，形成键合区域、半导体芯片组装区域、或其它片式元器件组装区域，其余区域（包括厚膜阻带）用玻璃铀绝缘层进行表面保护。在基片上进行半导体芯片、其他片式元器件的组装，芯片（通常为铝键合区）、导带（通常为金或银键合区）、管脚（通常为金或镍键合区）之间采用金丝或硅-铝丝进行键合联接，形成完整的电路连接，由此形成的键合系统为金-铝（Au-Al）、银-铝（Ag-Al）或镍-铝（Ni-Al）异质键合系统。

原有技术的缺陷或存在的主要问题如下：①银导带、钯银导带中，银容易氧化，且在长期通电情况下，容易产生电迁移现象，严重影响器件的可靠性，通常表现为键合强度衰退；② 金导带在大电流情况下，在Au-Al键合系统中，键合接触区域金层电迁移现象明显，在Au-Al间容易形成“紫斑”，其产物成份为AuAl₂，造成Au-Al键合时形成的合金点疏松和空洞化, 最终键合力大幅下降；③ 金-铝键合系统在高温下，由于金向铝中扩散，Au-Al间形成“白斑”, 其产物为Au₂Al、Au₅Al₂、Au₅Al，形成一层脆而绝缘的金属间化合物（即金铝化合物），这种产物可以使合金点电导率大幅降低, 严重时可以形成开路；④ 芯片（表面金属层为铝层）、导带（金导带或银导带）、引线柱（镀金或镀镍）、引线（金丝或硅铝丝）之间，在键合工艺中很难兼容各自的要求；⑤ 厚膜导带、厚膜键合区表面粗糙度较大，键合系统键合拉力和长期可靠性等质量一致性较差的问题。因此，采用金-铝（Au-Al）、银-铝（Ag-Al）异质键合系统生产的多芯片组件不能应用在高可靠的场合，镍-铝（Ni-Al）异质键合系统的键合质量相对比较可靠，但与同质键合系统相比，也还存在一定差距，采用镍-铝（Ni-Al）异质键合系统生产的多芯片组件不能应用在宇航级高可靠领域。

经检索，涉及多芯片组件的专利申请件有20件，但没有涉及同质键合系统的多芯片组件申请件、更没有同质键合系统陶瓷厚膜多芯片组件的申请件。

发明内容

 本发明的目的是提供提高陶瓷厚膜多芯片组件同质键合系统批量生产性的方法，将异质键合改变为同质键合，一次性解决所有键合系统键合拉力、长期可靠性、大规模批量化生产的问题。

发明人通过研究，发现由于LTCC基片本身表面较为粗糙，加上厚膜浆料颗粒大及丝网印刷网孔有一定厚度的原因，厚膜导带/键合区表面比较粗糙，表面平整度较差，其粗糙度通常在2～5μm，而薄膜厚度通常控制在1～5μm，因此，直接在其表面直接形成的薄膜厚度均匀性、薄膜质量均匀性比较差，会导致铝-铝（Al-Al）键合质量的一致性较差，从而造成每个同质键合系统键合拉力、可靠性的一致性比较差，为了实现上述目标，必须解决键合区域表面的平整度问题。

为实现上述目标，发明人提供的提高陶瓷厚膜多芯片组件同质键合系统批量生产性的方法是采用整体化学机械抛光（CMP）方法来实现的，具体做法是：选择旋转式抛光垫和贵金属抛光液，通过旋转式抛光机对整个金导带及键合区进行整体抛光，使其表面平整度≤0.1μm；然后，再进行电阻浆料的印刷、烧结和调阻；接着采用机械掩模的方法，在高真空溅射台或蒸发台中，使已抛光的键合区表面形成一层淀积的铝薄膜、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜；最后，按常规混合集成电路集成工艺，将半导体芯片、片式元器件集成在处理后的厚膜基片上，半导体芯片的键合采用硅-铝丝键合，管脚与基片之间采用金丝键合，即可实现质量一致性好、可靠性高的金-金（Au-Au）、铝-铝（Al-Al）同质键合；这就使低温共烧陶瓷基片顶层表面上的所有键合区表面的平整度同时控制在≤0.1μm，解决键合区域表面的平整度问题。

上述旋转式抛光垫是由有机纤维制成的。

上述贵金属抛光液的磨粒硬度在5GPa～50GPa、粒子直径≤100nm。

上述LTCC基片由多层陶瓷烧结而成，在每一层中均有金属化内层通孔和内层导带。

上述淀积的铝薄膜、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜的厚度为1～5μm。