一种硅芯片的烧结方法技术

本申请提供了一种硅芯片的烧结方法，在硅芯片的背面为硅质衬底直接原样外露且无需淀积背面金属电极的情况下，利用低烧结温度和超声波振动实现了硅芯片与金基焊片的接触面的金硅共晶的紧密结合，且同时使得金基焊片发生熔化与金属导电片实现焊接连接，从而实现了通过金基焊片将没有背面金属电极的硅芯片与金属导电片紧密地结合在一起；且本申请操作简单，生产效率高，可靠性好，适用于各种外壳、小面积芯片的烧结，实现了生产的安全、可靠和高效。

A Sintering Method for Silicon Chips

This application provides a sintering method for silicon chips. In the case that the back of the silicon chip is exposed directly to the original silicon substrate without depositing the back metal electrode, the gold-silicon eutectic on the contact surface between the silicon chip and the gold-based solder chip is tightly bonded by using low sintering temperature and ultrasonic vibration, and at the same time, the gold-based solder chip is melted and the metal conductive chip is welded. Thus, the silicon chip without back metal electrodes is tightly combined with the metal conductive sheet through the gold-based welding sheet, and the application is simple in operation, high in production efficiency and good in reliability, which is suitable for sintering all kinds of shells and small area chips, thus realizing the safety, reliability and high efficiency of production.

【技术实现步骤摘要】
一种硅芯片的烧结方法
本专利技术涉及半导体封装
，尤其是涉及一种硅芯片的烧结方法。
技术介绍
对于功率器件来说，芯片与封装外壳之间良好的机械接触、热接触以及电接触是保证功率器件正常工作的前提。接触不良会使器件热阻加大，散热不均匀，影响电流在器件中的分布，破坏器件的热稳定性和长期可靠性，甚至使器件烧毁。共晶烧结法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高等优点，因而在功率器件的芯片封装中得到了广泛的应用。长期以来，对于小功率器件和单片电路的烧结，国内一直延用传统的管道氮氢烧结的烧结方式，此种烧结方式对原材料和工艺条件要求比较苛刻，同时对操作人员的操作技能要求很高，造成生产效率和产品成品率较低。随着产品批量生产的需要，寻找一种更方便高效、简单实用的芯片烧结方法成为本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅芯片的烧结方法。为解决上述的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种硅芯片的烧结方法，包括以下步骤：1)当加热平台处于恒温时，将用于封装的外壳置于充满保护气体的加热平台内进行预热以及恒温保温，烧结温度控制在360℃～380℃之间；2)将金基焊片放置到外壳中的金属导电片上；3)将硅芯片放置到所述金基焊片上，所述硅芯片的背面为硅质衬底直接原样外露且无背面金属电极；4)超声波焊接：将超声波焊接装置中的焊头压在所述硅芯片的上表面上使所述金基焊片熔化，所述硅质衬底中的硅元素与所述金基焊片中的金元素通过扩散形成金硅共晶体从而实现所述硅芯片与金属导电片的紧密结合，完成后撤掉超声波焊接装置；5)将步骤4)超声波焊接完成后的产品从所述加热平台上取下，然后按阶梯降温原则降温至室温，至此烧结过程完成。优选的，步骤1)中，所述保护气体为氮气与氢气的混合气体，其中N2气体流量为13L/min～17L/min，H2气体流量为300mL/min～450mL/min。优选的，步骤2)中，所述金基焊片为金锑合金焊片或金镓合金焊片，厚度为30μm～40μm，所述金锑合金焊片的元素组成及其质量百分数含量为Au99.97％Sb0.03％，所述金镓合金焊片的元素组成及其质量百分数含量为Au99.97％Ga0.03％。优选的，步骤2)中，所述金属导电片为钼片。优选的，步骤3)中，所述硅芯片的背面的硅质衬底的外露表面上预先镀有一层金。优选的，步骤4)中，超声电流为10μA～30μA，超声时间为8s～20s,超声压力为300mN～350mN。本申请提供了一种硅芯片的烧结方法，在硅芯片的背面为硅质衬底直接原样外露且无需淀积背面金属电极的情况下，利用低烧结温度和超声波振动使得硅质衬底中的硅元素与所述金基焊片中的金元素通过扩散形成金硅共晶体从而实现所述硅芯片与金属导电片的紧密结合；本专利技术主要适用于金硅共晶烧结，利用金硅共晶体的低共熔点温度363℃(2.85％Si)，选择的烧结温度应稍低于这一温度，且考虑到热量在传递过程中是有损失的，因而在实际工作中烧结温度选择在360℃～380℃，且烧结时施加一定的超声波振动使硅芯片与金基焊片的接触面达到金硅共熔点，硅原子就扩散到金中，达到金硅共晶体的组成并且开始熔化，随后金基焊片开始熔化，随后金硅共晶体的液相前沿就进入熔化后的金基焊片中实现硅芯片与金基焊片的接触面的金硅共晶的紧密结合，且金基焊片在低烧结温度和超声波振动下发生熔化与金属导电片实现焊接连接，从而实现了通过金基焊片将没有背面金属电极的硅芯片与金属导电片紧密地结合在一起；硅芯片的背面无需淀积背面金属电极，为硅质衬底直接原样外露，本申请在此情况下直接进行硅芯片的烧结，既避免了背面金属电极对硅元素在低温烧结和超声波焊接中向金基焊片扩散的阻碍，硅质衬底直接外露与金基焊片直接接触利于硅元素向外扩散与金元素形成金硅共晶体，且省去了背面金属电极的加工制作，简化了硅芯片的生产工艺，降低了硅芯片的制作成本；且超声波振动有利于赶出熔化焊料中的气泡，提高焊接率、降低热阻；且本申请操作简单，生产效率高，可靠性好，适用于各种外壳、小面积芯片的烧结，实现了生产的安全、可靠和高效。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种硅芯片的烧结方法的工作原理示意图。图中：1金属导电片，2金基焊片，3硅芯片，4焊头。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。参照图1，图1为本专利技术实施例提供的一种硅芯片的烧结方法的工作原理示意图。本申请提供了一种硅芯片的烧结方法，包括以下步骤：1)当加热平台处于恒温时，将用于封装的外壳置于充满保护气体的加热平台内进行预热以及恒温保温，烧结温度控制在360℃～380℃之间；2)将金基焊片2放置到外壳中的金属导电片1上；3)将硅芯片3放置到所述金基焊片2上，所述硅芯片3的背面为硅质衬底直接原样外露且无背面金属电极；4)超声波焊接：将超声波焊接装置中的焊头4压在所述硅芯片3的上表面上使所述金基焊片2熔化，所述硅质衬底中的硅元素与所述金基焊片2中的金元素通过扩散形成金硅共晶体从而实现所述硅芯片3与金属导电片1的紧密结合，完成后撤掉超声波焊接装置；5)将步骤4)超声波焊接完成后的产品从所述加热平台上取下，然后按阶梯降温原则降温至室温，至此烧结过程完成。在本专利技术的一个实施例中，为了防止硅在加热的过程中氧化，烧结往往在氮气(少量的氢气)的保护中进行，为此步骤1)中，所述保护气体为氮气与氢气的混合气体，其中N2气体流量为13L/min～17L/min，H2气体流量为300mL/min～450mL/min。在本专利技术的一个实施例中，步骤2)中，所述金基焊片为金锑合金焊片或金镓合金焊片，厚度为30μm～40μm，所述金锑合金焊片的元素组成及其质量百分数含量为Au99.97％Sb0.03％，所述金镓合金焊片的元素组成及其质量百分数含量为Au99.97％Ga0.03％。在本专利技术的一个实施例中，步骤2)中，所述金属导电片1为钼片。在本专利技术的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅芯片的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：1)当加热平台处于恒温时，将用于封装的外壳置于充满保护气体的加热平台内进行预热以及恒温保温，烧结温度控制在360℃～380℃之间；2)将金基焊片放置到外壳中的金属导电片上；3)将硅芯片放置到所述金基焊片上，所述硅芯片的背面为硅质衬底直接原样外露且无背面金属电极；4)超声波焊接：将超声波焊接装置中的焊头压在所述硅芯片的上表面上使所述金基焊片熔化，所述硅质衬底中的硅元素与所述金基焊片中的金元素通过扩散形成金硅共晶体从而实现所述硅芯片与金属导电片的紧密结合，完成后撤掉超声波焊接装置；5)将步骤4)超声波焊接完成后的产品从所述加热平台上取下，然后按阶梯降温原则降温至室温，至此烧结过程完成。

【技术特征摘要】
1.一种硅芯片的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：1)当加热平台处于恒温时，将用于封装的外壳置于充满保护气体的加热平台内进行预热以及恒温保温，烧结温度控制在360℃～380℃之间；2)将金基焊片放置到外壳中的金属导电片上；3)将硅芯片放置到所述金基焊片上，所述硅芯片的背面为硅质衬底直接原样外露且无背面金属电极；4)超声波焊接：将超声波焊接装置中的焊头压在所述硅芯片的上表面上使所述金基焊片熔化，所述硅质衬底中的硅元素与所述金基焊片中的金元素通过扩散形成金硅共晶体从而实现所述硅芯片与金属导电片的紧密结合，完成后撤掉超声波焊接装置；5)将步骤4)超声波焊接完成后的产品从所述加热平台上取下，然后按阶梯降温原则降温至室温，至此烧结过程完成。2.根据权利要求1所述的硅芯片的烧结方法，其特征在于，步骤1)中，所述保护气体为氮气与氢气的混合气体，其中N...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱坤存，李东华，马捷，
申请(专利权)人：济南市半导体元件实验所，
类型：发明
国别省市：山东,37