在所描述实例中，通过沉积溶剂浆料的层(500a)来修改具有第一材料的衬底(201)的表面(201a)，所述溶剂浆料包括第二材料的纳米粒子(402)和第三材料的纳米粒子，所述第二材料的纳米粒子具有提供在比块状第二材料的熔点温度更低的温度下的熔点的大小，所述第三材料的纳米粒子具有至少与所述第二材料的所述纳米粒子大小一样大的大小和在比所述第二材料的所述熔点温度更高的温度下的熔点。所述第二材料的纳米粒子具有比所述第三材料的纳米粒子更高的重量百分比。在所述第二材料的所述熔点温度下将所述第二材料的所述纳米粒子(402)烧结在一起。通过去除所述第三材料的所述纳米粒子在具有第二材料的所述层中形成空隙(501)。所述空隙(501)具有随机分布和随机三维配置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用具有随机配置空隙的纳米粒子层的增强型粘合
本文大体上涉及半导体装置，且更确切地说，涉及一种为了增强型粘合而应用于封装半导体装置的具有可控孔隙率的多组分纳米粒子层的结构和制造方法。
技术介绍
基于其功能，半导体封装包含多种不同材料。采用形成为引线框和接合部的金属以用于机械稳定性以及导电性和导热性，且如聚合模制化合物的绝缘体用于包封和外观尺寸。在封装制造流程中，常规实践将半导体芯片附接到引线框带，以便将芯片连接到其各别引线，且随后以将组装的芯片包封在封装中，所述封装保护包封部分免受机械性损坏和如湿气和光的环境影响，同时提供无障碍电连接。在包封步骤后，封装芯片通过调整和形成步骤与引线框带分隔到离散单元中。流行包封技术是传递模塑法。具有附接和连接的芯片的引线框带放置在钢模中，所述钢模在每一组装的芯片周围形成空腔。半粘稠热固性聚合化合物经按压穿过引线框带上的流道以经由闸门进入每一空腔。在填充空腔后，允许所述化合物通过聚合硬化。最后，在去浇口(degating)步骤中，流道中的化合物在每个闸门处与填充所述空腔的化合物断开。为了确保封装的整体性和一致性，预期金属材料和非金属材料在产品的使用寿命期间与彼此粘合，同时耐受机械振动、温度波动和湿气变化。失败粘合使得湿气进入到封装中，从而导致因电泄漏和化学腐蚀所致的装置故障。其可进一步引起半导体芯片与衬底的附接故障、线接合断裂和焊料凸块破裂以及劣化的热能与电能耗散。常规半导体技术采用多种提升多样化材料之间的粘合水平使得封装通过加速测试和使用条件而不剥离的方法。做出的尝试有以化学方式纯化模制化合物，仅在模制工艺之前如利用等离子体来活化引线框金属表面，以及通过使基底金属氧化来增强引线框金属对聚合化合物的亲和力。此外，如凹口、凹槽或突出部、悬垂部及其它三维特征的设计特征经添加到引线框表面以用于与封装材料的改良互锁。增大半导体封装中的引线框、芯片和包封化合物之间的粘合的常规技术的另一实例是通过在根据金属片来冲压或蚀刻图案后化学地蚀刻引线框表面引起的整个引线框表面的粗糙化。化学蚀刻是使用蚀刻剂的减材工艺。化学蚀刻形成具有约1μm或更小粗糙度的微晶金属表面。使引线框的仅一个表面粗糙化对非粗糙化引线框而言增加约10％到15％成本。获得粗糙表面的又一常规方法是使用沉积粗糙金属(如镍)层的特定金属电镀浴，如镍电镀浴。这种方法是增材法，所形成的表面粗糙度是约1到10μm。引线框表面的粗糙化可存在一些不期望的副作用。表面的普遍粗糙化不利地影响线接合，因为视觉系统难以看到粗糙化表面、粗糙表面缩短毛细管使用寿命且粗糙表面上的微小污染物降低接合密实度。通常，当树脂组分与芯片附接化合物的块体分离且在芯片衬垫的表面上方扩散时，粗糙表面往往允许更多的渗出。树脂渗出转而可降低湿度灵敏度且干扰向下接合在芯片衬垫上。有时采用涉及可重复使用硅酮橡胶掩模或密封垫的选择性粗糙化技术；因此，选择性粗糙化是昂贵的。举例来说，将化学粗糙化限制于所选引线框区域的保护掩模对非粗糙化引线框而言增加约35％到40％成本。所有这些尝试的成效具有限制性，尤其因为当实施装置小型化的另一缩减步骤时粘合剂有效性进一步减弱。
技术实现思路
在所描述实例中，通过沉积溶剂浆料的层来修改具有第一材料的衬底的表面，所述溶剂浆料包括第二材料的纳米粒子和第三材料的纳米粒子，所述第二材料的纳米粒子具有提供在比块状第二材料的熔点温度更低的温度下的熔点的大小，所述第三材料的纳米粒子具有至少与第二材料的纳米粒子大小一样大的大小和在比第二材料的熔点温度更高的温度下的熔点。第二材料的纳米粒子具有比第三材料的纳米粒子更高的重量百分比。在第二材料的熔点温度下将第二材料的纳米粒子烧结在一起。通过去除第三材料的纳米粒子在具有第二材料的层中形成空隙。所述空隙具有随机分布和随机三维配置。附图说明图1是概述根据一实施例的形成具有结构性和牺牲性纳米粒子的增材层且将所述层转换为具有随机三维配置和分布的空隙的结构的工艺流程的图式。图2说明根据一实施例的具有结构性和牺牲性纳米粒子的增材层的形成。图3示出根据一实施例的图2中的具有喷嘴的注射器的一部分的放大，其中用溶剂中的结构性和牺牲性纳米粒子混合的浆料填充注射器。图4描绘根据一实施例的在烧结结构性纳米粒子后而牺牲性纳米粒子保持在所述层中的随机三维配置和分布的巢中的增材层。图5说明根据一实施例的在去除牺牲性纳米粒子后的经烧结结构性纳米粒子的增材层，所述层具有随机三维配置和分布的空隙。图6示出根据一实施例的利用填充增材层的空隙的封装化合物进行的增材层的包封。图7描绘随纳米粒子直径而变的金属的标准化熔融曲线；TM是粒子的熔融温度，TMB是块体的熔融温度[维基百科(Wickipedia)后，“熔点降低”]。图8说明根据一实施例的具有引线框的封装半导体装置，其中引线框的部分由具有随机配置的孔隙纳米粒子层覆盖从而增强金属引线框与塑料封装之间的粘合。具体实施方式在不同材料主体(如聚合物和金属)之间的粘合和机械接合中，可利用所述主体之间沉积的增材金属层的特性。当增材层由金属纳米粒子构成且所述层在沉积后经烧结时，纳米粒子有助于利用金属相互扩散、与聚合化合物的改良化学接合的粘合以及利用孔隙率的粘合。当考虑到纳米粒子的大小和化学性质时，孔隙率和相互扩散可增强。材料的结构性纳米粒子具有足够小以呈现相对于块体材料的熔点的更低熔点的大小，且牺牲性纳米粒子由在形成增材层后易于由加热或蚀刻去除的化合物构成。举例来说，结构性纳米粒子可从包含直径在约10nm与20nm之间的金属的群组中选出，如铜、金、银、铝、锡、锌和铋；其它选择包含金属氧化物(如氧化铜)和陶瓷。这一大小范围内的金属纳米粒子具有比块体金属的普通熔点低约30％和40％的较低熔点，且可在比材料的块体形式的熔融温度低超过90％的温度下颈缩在一起。牺牲性纳米粒子可从包含以下各项的群组中选出：聚合物(如固体碳类脂族和环状化合物)，金属氧化物和常用氧化物，以及陶瓷。牺牲性纳米粒子与溶剂或分散剂中的结构性纳米粒子互混。分散系统或混合浆料可应用于如利用计算机可控注射器的半导体技术中所使用的衬底，如金属引线框。方法包含喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、浸涂和喷涂。能量(热、光子、电磁、化学)源施加于分散系统以便(通过粒子之间的颈缩)将结构性纳米粒子烧结为具有不规则三维大小和减小表面的集群结构，且以使得结构性纳米粒子扩散到衬底表面中(金属相互扩散)。基于牺牲性纳米粒子大小、重量百分比、所施加能量和氛围，经烧结纳米粒子层具有用牺牲性纳米粒子填充的具有随机三维配置和分布的巢；一些巢可类似于具有窄入口的球形凹部。在烧结工艺期间可去除分散剂，且另外，结构性纳米粒子的熔点逐渐升高到正常值。在冷却之后，固体化结构性集群和巢保持，而牺牲性纳米粒子可通过加热、蚀刻(气相或液相)或其它去除方法去除，从而将所述巢转换为孔隙。固体化结构层中所留下的孔隙具有呈随机三维形式的配置和分布。随后，半导体芯片可组装在衬底上；此外，可形成聚合化合物的封装以包封芯片以及衬底的至少部分。举例来说，用于封装的化合物可作为待接合到增材金属层的环氧类模制化合物。归因于孔隙，由于化合物流入纳米粒子粘合层的孔隙中，因此所述化合物经历改良的机械性粘合，从而将封装锚定到增本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种装置，其包括：具有第一材料的衬底；具有第二材料的层，其中具有第二材料的所述层邻接在所述衬底的表面上，扩散区，其位于所述衬底的所述表面处，其中所述扩散区包括所述第二材料于所述第一材料中的混杂物；其中具有所述第二材料的所述层包含具有随机分布和随机三维配置的空隙；以及聚合化合物，位于具有第二材料的所述层上，其中所述聚合化合物填充具有所述第二材料的所述层中的所述空隙。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.17 US 15/354,1371.一种装置，其包括：具有第一材料的衬底；具有第二材料的层，其中具有第二材料的所述层邻接在所述衬底的表面上，扩散区，其位于所述衬底的所述表面处，其中所述扩散区包括所述第二材料于所述第一材料中的混杂物；其中具有所述第二材料的所述层包含具有随机分布和随机三维配置的空隙；以及聚合化合物，位于具有第二材料的所述层上，其中所述聚合化合物填充具有所述第二材料的所述层中的所述空隙。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述空隙中的一些具有大体上球形形状和入口。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底是金属引线框。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述金属引线框包含基底金属和镀覆在所述基底金属上的金属层。5.根据权利要求3所述的装置，其中半导体芯片安装在所述金属引线框上且由所述聚合化合物覆盖。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料从包含以下各项的群组中选出：金属、金属氧化物、氧化物和陶瓷。7.一种用于衬底修改的方法，其包括：提供具有第一材料的衬底；将溶剂浆料的层叠加地沉积在所述衬底的表面上，所述溶剂浆料包括：具有第一重量百分比的第二材料的纳米粒子，所述第二材料的所述纳米粒子具有形成在比块状第二材料的熔点温度更低的温度下的熔点的大小；和具有小于所述第一重量百分比的第二重量百分比的第三材料的纳米粒子，所述第三材料的所述纳米粒子具有至少与所述第二材料的所述纳米粒子大小一样大的大小和在比所述第二材料的所述纳米粒子的所述熔点温度更高的温度下的熔点；在所述第二材料的所述熔点温度下将所述第二材料的所述纳米粒子烧结在一起，其中烧结结构包围所述第三材料的所述纳米粒子；以及通过去除所述第三材料的所述纳米粒子在具有第二材料的所述层中形成空隙；其中所述空隙具有随机分布和随机三维配置。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述衬底从包含以下各项的群组中选出：金属衬底、金属引线框和包含与绝缘层相间的金属层的层合衬底。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一材料从包含以下各项的群组中选出：铜、铜合金、铝、铝合金、铁镍合金和KovarTM。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一材料包含从包含以下各项的群组中选出的金属的镀覆层：锡、银、镍、钯和金。11.根据权利要求7所述的方法，其中所述叠加沉积的方法从包含以下各项的群组中选出：丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷、浸涂、喷涂和喷墨印刷，所述喷墨印刷包括压电、热、声学和静电喷墨印刷。12.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二材料从包含以下各项的群组中选出：金属、金属氧化物、氧化物和陶瓷。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二材料的所述纳米粒子的所述大小介于约10nm到20nm的范围内...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·S·库克，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。