本发明专利技术提供了一种半导体芯片的共晶焊接方法，在芯片硅衬底背面蒸镀金属层，在一定温度下，使金属层与框架表面受压接触，在接触面发生键合形成共晶，实现共晶焊接，在半导体芯片硅衬底背面自里向外依次蒸镀W、Al、Ni、Cu，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为Al层厚度为Ni层的厚度为Cu层的厚度为1.1～1.2μm，Cu层与框架表面的镀层形成共晶。本发明专利技术不需镀金或镀银，大大节约了生产成本，且提高了封装产品热导率，增长产品使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及半导体器件的焊接方法，具体设及一种忍片的共晶焊接方法。
技术介绍
共晶焊技术在电子封装行业得到广泛应用，如忍片与基板的粘接、基板与管壳的 粘接、管壳封帽等。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊具有热导率高、电阻小、传热快、 可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中忍片与基板、基板与管壳的 互联。对于有较高散热要求的功率器件必须采用共晶焊接，共晶焊是利用了共晶合金的特 性来完成焊接工艺的。共晶合金具有W下特性：1)比纯组元烙点低，简化了烙化工艺;2)共 晶合金比纯金属有更好的流动性，在凝固中可防止阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善了 铸造性能;3)恒溫转变(无凝固溫度范围）减少了铸造缺陷，如偏聚和缩孔;4)共晶凝固可获 得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织，可成为优异性能的原位 复合材料;5)共晶是指在相对较低的溫度下共晶焊料发生共晶物烙合的现象，共晶合金直 接从固态到液态，而不经过塑性阶段。然而共晶焊接一般需要在半导体忍片背面蒸锻一层 Ag或Au，生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种半导体忍片的共晶焊接方法，该方法不用Au 或Ag，大大节约了生产成本。 本专利技术提供的技术方案是半导体忍片的共晶焊接方法，在忍片娃衬底背面蒸锻金 属层，在一定溫度下，使金属层与框架表面受压接触，在接触面发生键合形成共晶，实现共 晶焊接;在半导体忍片娃衬底背面自里向外依次蒸锻胖、41、化、加，形成四层结构的金属层， 其中W层厚度为100~雜:〇 Α，Α1层厚度为200~500 A，Ni层的厚度为2000~巧00A、 化层的厚度为1.1~1.2μπι，化层与框架表面的锻层形成共晶。 在半导体忍片背面蒸锻W和Α1作为上粘附层，Α1热导率高，电阻低，其与Si的浸润 性好，但考虑到A1的热膨胀系数较高，W层不仅与Si的浸润性良好，且热膨胀系数与Si相近， 可作为忍片层与A1层的缓冲层，避免A1层脱落，提高粘附效果。 蒸锻Μ层作为过渡层，Ni与上粘附层和下粘附层容易粘附，且可W防止焊料直接 与上粘附层接触，又可防止上粘附层与下粘附层互相扩散，避免电阻增大。且Ni的热膨胀系 数高于Si，又低于化，可较好的起到缓冲作用。 蒸锻Cu层作为下粘附层，Cu性能稳定，不易氧化，可焊接性良好，而且导热导电性 能良好，电阻率低。[000引本专利技术共晶焊接溫度为240~260°C，焊接时间为30~60s。焊接溫度低于常规焊接 溫度，但焊接效果好，热应力小，正锻层不易脱落。为了防止Cu层氧化，在Cu层上蒸锻一层Ag或AueAg层的厚度为300~：巧0 乂，Au层 的厚度为400~ηΓ)〇Α。 与现有技术相比，本专利技术具有W下有益效果： 本专利技术与渗银环氧粘贴(银浆粘贴)方法相比，结溫溫度降低 1)本专利技术不需锻金或银等贵金属，且可大大降低生产成本。 2)本专利技术虽然采用四层蒸锻，但锻层总厚度降低，导电率大大提高，电阻率大大降 低，进而提高了忍片的使用寿命。 3)本专利技术采用较低的焊接溫度，焊接牢固，同时也可减少热应力而导致的蒸锻层 脱落。【具体实施方式】 W下具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但不作为对本专利技术的限定。 实施例1 将长宽厚为370μπιΧ570μπιΧ100Μ?的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 Ni、Cu，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为1O0 Α，Α1层厚度为200 A，Ni层的厚度为 2000A、Cu层的厚度为1.1皿，Cu层与框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为240°C，焊 接时间为30s。[001引经测量，Rthja热阻值为158°C/W。 实施例2 将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwii的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 Ni、Cu，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为200 A，A1层厚度为500 A，Ni层的厚度为 2500Λ、化层的厚度为1.2ym，Cu层与框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为260°C，焊 接时间为60s。 经测量，其化hja热阻值为165°C/W。 实施例3 将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwii的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 Ni、Cu，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为150 \，A1层厚度为100 /\，Ni层的厚度为 2300Λ、化层的厚度为1.15μπι，化层与框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为250°C，焊 接时间为45s。 经测量，其化hja热阻值为172°C/W。 实施例4 将长宽厚为370μπιΧ570μπιΧ100Μ?的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 Ni、化，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为100 A，A1层厚度为500 A，Ni层的厚度为 2000乂、Cu层的厚度为1.2μπι，化层与框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为240°C，焊 接时间为60s。 经测量，其lUhja热阻值为160°C/W。[002引实施例5将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwn的MOS忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 NiXu、Ag，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为100 A，A1层厚度为孤0 A，Ni层的厚度 为:2〇0:〇Λ、化层的厚度为1.2皿，Ag层的厚度为鈍0 乂，Au层的厚度为4腑~550A。Cu层与 框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为240°C，焊接时间为60s。 经测量，其lUhja热阻值为ISrC/W。 实施例6 将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwn的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 NiXu、Ag，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为ΙΟΟΑ,ΑΙ层厚度为那0 A，Ni层的厚度 为2000Λ、加层的厚度为1.化m，Ag层的厚度为3如儿Au层的厚度为4QO~疏〇Α_。Cu层 与框架表面的锻层形成共晶。共晶焊接溫度为240°C，焊接时间为60s。 经测量，其lUhja热阻值为188°C/W。 实施例7将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwn的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 NiXu、Au，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为ΙΟΟα,ΑΙ层厚度为飘姐A，Ni层的厚度 为2000A ,Cu层的厚度为1.2皿,Au层的厚度为Cu层与框架表面的锻层形成共晶。 共晶焊接溫度为240°C，焊接时间为60s。 经测量，其lUhja热阻值为192°C/W。 实施例8[003引将长宽厚为370μπι X 570μπιX lOOwn的M0S忍片，在其背面自里向外依次蒸锻W、A1、 NiXu、Au，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为ΙΟΟΑ,ΑΙ层厚度为500 A，Ni层的厚度 为2000策、Cu层的厚度为1.2ym，Au层的厚度为550AdCu层与框架表面的锻层形成共晶。 共晶焊接溫度为240°C，焊接时间为60s。 经测量，其lUhja热阻值为196°C/W。 对照例1 将长宽厚为370μπιΧ570μπιΧ100皿的M0S忍片，按常规渗银环氧粘贴(银浆粘贴)进 行封装。 经测量，其化h ja热阻值为435°C/本文档来自技高网...
【技术保护点】
半导体芯片的共晶焊接方法，在芯片硅衬底背面蒸镀金属层，在一定温度下，使金属层与框架表面受压接触，在接触面发生键合形成共晶，实现共晶焊接，其特征在于：在半导体芯片硅衬底背面自里向外依次蒸镀W、Al、Ni、Cu，形成四层结构的金属层，其中W层厚度为Al层厚度为Ni层的厚度为Cu层的厚度为1.1～1.2μm，Cu层与框架表面的镀层形成共晶。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王常毅，李勇昌，邹锋，蒋振荣，邹波，
申请(专利权)人：桂林斯壮微电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广西;45
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