在半导体管芯和非能动热交换器之间产生热界面键合的装置和方法制造方法及图纸

将半导体管芯接合到非能动热交换器的方法可以包括：将键合增强剂施加到半导体器件上；产生组件，该组件包括设置在半导体器件上的热界面，以使热界面材料的第一主表面与半导体器件上的键合增强剂相接触，并且热交换器被设置成与热界面材料的第二主表面相接触；以及使组件回流，以使热界面将热交换器与半导体器件键合。实施例可以利用铟与非金属表面键合的能力来形成热界面，这可以通过在一个或两个接合表面上的辅助涂层来增强。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在半导体管芯和非能动热交换器之间产生热界面键合的装置和方法
所公开的技术通常涉及用于电路的组件系统和方法。更具体地，一些实施例涉及用于将半导体管芯接合到非能动热交换器的装置和方法。
技术介绍
散热是保持半导体和功率器件寿命和可靠性的关键。随着半导体器件尺寸的减小和性能的提高，热交换器或散热器(有时也称为热扩散器或盖)在各种应用中变得越来越普遍，以提供散热机制。热界面材料通常用于产热半导体器件及其相关散热器之间。热界面材料可以用来提供从器件到散热器更有效和更可靠的热传导。常见的热界面材料是金属基的，这意味着与聚合物基的热界面材料相比，它们具有非常高的导电性。铟金属通常用作热界面材料，这是由于其综合性能：1)与相竞争的热界面材料相比，具有较高的导热性；2)低流动应力/较高的展性；3)在不使用外部机械夹具机制的情况下，本类型应用可接受的机械强度，以及4)它是一种固体材料，在正常使用过程中不会移动到键合/结合(bond)区域之外或形成气穴。铟的延性和导热性使其成为理想的可压缩热界面材料。使用铟金属的传统热界面要求半导体管芯具有背面金属化。该金属化通常由三部分组成：1)反应层、2)阻挡层和3)钝化层。集成电路背面的常见金属化层可以是例如钛、镍和金(分别来自管芯表面)，尽管许多其他材料也可以用来提供相同或相似的功能。铟与非金属表面键合，例如半导体管芯的二氧化硅表面。它与非金属的键合强度足够高，以提供所需的机械附接，但是目前这些部件无法实现提高的工艺温度和对管芯上的铟材料进行需要的刷洗。图1是示出用于半导体管芯处理的示例过程的图。现在参考图1，在该示例中，在操作122，管芯被附接到基板，例如在管芯的活动服务上通过I/O进行附接。例如，管芯可以以倒装芯片附接工艺附接到基板。然后，在操作124，使组件回流以将管芯与封装基板键合。然后可以清洁组件，并在操作126中进行底部填充，例如通过用专用聚合物进行底部填充。在操作128，将焊料球设置在基板的与半导体管芯相对的一侧上，从而可以将基板接合至电路板。因此，在操作130，使封装回流，这一次将球与基板键合。然后可以清洁组件并准备使用。图2示出了安装在电路板上的组件的示例。在该示例中，将半导体器件158安装到电路板160。特别地，焊料球174被放置在半导体器件158的金属化焊盘172上，并且进行回流以将金属化焊盘172电连接到印刷电路板的电连接器176。178示出了施加在半导体器件158和电路板160之间的底部填充。该示例还示出了背面金属化156被施加至半导体器件158，使得热界面154可以与半导体器件158键合。热交换器152被接合至半导体器件158和热界面154。
技术实现思路
公开了一种将半导体管芯接合至非能动热交换器的新颖方法。该方法利用铟与非金属表面键合的能力来形成热界面。通过在一个(或两个)接合表面上的辅助涂层可以增强键合。在这种情况下，接合表面通常是集成电路(IC)和非能动热交换器，通常称为集成散热器、热扩散器或盖。在一个实施例中，一种用于将半导体器件与热交换器键合的方法可以包括：提供半导体器件；将键合增强剂施加到半导体器件的第一表面；产生组件并回流该组件，使得热界面将热交换器与半导体器件键合。在各种实施例中，组件可以包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的热界面，其中，热界面设置在半导体器件上，使得热界面材料的第一主表面与半导体器件上的键合增强剂相接触；热交换器设置成与热界面材料的第二主表面相接触。在各种实施方式中，热界面可以包括铟金属，并且键合增强剂可以包括有机钛酸酯(organotitanate)和有机锆酸酯(organozirconate)中的至少一种。键合增强剂可包括通过将块状液态金属施加至半导体器件并去除块状液态金属而留下氧化物种子层而沉积的氧化物种子层。氧化物种子层可以与热界面合金化以形成固态合金。可以将半导体器件与热交换器键合，而不使用单独的金属化层将热界面与半导体器件键合。该方法还可以包括将键合增强剂施加到热交换器的要被设置成与热界面材料的第二主表面相接触的表面上。在其他实施例中，半导体器件组件可以包括：半导体器件；键合增强剂，其设置在半导体器件的第一表面上；热界面，其设置在半导体器件的第一表面上，该热界面可以包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；其中，热界面设置在半导体器件上，使得热界面材料的第一主表面与半导体器件上的键合增强剂相接触；以及热交换器，其设置在热界面上，以与热界面的第二主表面相接触。热界面可以包括铟金属，并且在一些实施方式中，键合增强剂可以包括有机钛酸酯和有机锆酸酯中的至少一种。在其他实施例中，键合增强剂可包括例如通过将块状液态金属施加至半导体器件并去除块状液态金属而留下氧化物种子层而沉积的氧化物种子层。可用于产生氧化物种子层的液态合金可包括，例如，包含铟、镓或铟和镓的组合的合金；上述情况在某些情况下还添加了锡。合金的示例可以包括可从铟泰公司获得的合金。氧化物种子层可以与热界面合金化以形成固态合金。可以在不使用单独的金属化层将热界面与半导体器件键合的情况下将半导体器件与热交换器键合。热交换器可以包括散热器、热扩散器或盖。通过结合附图进行的以下详细描述，所公开的技术的其他特征和方面将变得明显，所述附图以示例的方式示出了根据所公开的技术的实施例的特征。该
技术实现思路
无意于限制本文所述的任何专利技术的范围，本专利技术的范围仅由所附权利要求书限定。附图说明根据一个或更多个各种实施例，参考以下附图详细描述了本文公开的技术。提供附图仅出于说明的目的，并且仅描绘了所公开技术的典型或示例实施例。提供这些附图是为了帮助读者理解所公开的技术，并且不应视为限制其广度、范围或适用性。应当注意，为了清楚和易于图示，这些附图不一定按比例绘制。图1是示出用于半导体管芯处理的示例过程的图。图2示出了安装在电路板上的组件的示例。图3是示出根据本文描述的技术的一个实施例的使用键合增强剂的示例配置的图。图4是示出根据本文描述的技术的一个实施例的用于施加热界面的示例过程的图。图5是示出根据本文描述的技术的一个实施例的组装成其最终配置的组件的示例的图，该组件具有设置在热界面材料和半导体器件之间的半导体器件上的键合增强剂。图6示出了根据本文描述的技术的一个实施例，其中氧化物种子层沉积在半导体器件上的示例。图7示出了根据本文描述的技术的一个实施例，由于回流操作而从氧化物种子层形成铟合金的过程。图8示出了根据本文描述的技术的一个实施例，其中热界面材料被分别施加到两个接合表面的示例。图9示出了在组件之前将键合增强剂施加到半导体器件和热交换器两者的示例。附图并非旨在穷举或将本专利技术限制为所公开的精确形式。应当理解，可以通过修改和变更来实践本专利技术，并且所公开的技术仅由权利要求及其等同物限制。具体实施方式根据所公开技术的各种实施例，铟可以与半导体器件的非金属表面键合以形成热界面。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将半导体器件与热交换器键合的方法，包括：/n提供半导体器件；/n将键合增强剂施加到所述半导体器件的第一表面；/n产生组件，其包括：/n热界面，所述热界面包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述热界面设置在所述半导体器件上，使得所述热界面材料的所述第一主表面与所述半导体器件上的所述键合增强剂相接触；以及/n热交换器，其设置成与所述热界面材料的所述第二主表面相接触；以及/n回流所述组件，使得所述热界面将所述热交换器与所述半导体器件键合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171206 US 15/833,9821.一种用于将半导体器件与热交换器键合的方法，包括：
提供半导体器件；
将键合增强剂施加到所述半导体器件的第一表面；
产生组件，其包括：
热界面，所述热界面包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述热界面设置在所述半导体器件上，使得所述热界面材料的所述第一主表面与所述半导体器件上的所述键合增强剂相接触；以及
热交换器，其设置成与所述热界面材料的所述第二主表面相接触；以及
回流所述组件，使得所述热界面将所述热交换器与所述半导体器件键合。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热界面包括铟金属。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述键合增强剂包括有机钛酸酯和有机锆酸脂中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述键合增强剂包括氧化物种子层，其通过将块状液态金属施加到所述半导体器件并且移除所述块状液态金属以留下所述氧化物种子层而沉积。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述氧化物种子层与所述热界面合金化以形成固态合金。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体器件与所述热交换器键合，而不使用单独的金属化层来将所述热界面与所述半导体器件键合。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器包括散热器、热扩散器或盖。


8.根据权利要求1所述的方法，还包括将键合增强剂施加到所述热交换器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·伯顿，J·E·希瑟，R·N·杰瑞特，J·P·罗斯，
申请(专利权)人：铟泰公司，
类型：发明
国别省市：美国;US