混合接合结构、焊膏组成物、半导体器件及其制造方法技术

提供了混合接合结构、焊膏组成物、半导体器件和制造该半导体器件的方法。该混合接合结构包括焊球和接合到焊球的焊膏。焊膏包括瞬间液相。瞬间液相包括核和在核的表面上的壳。壳的熔点可以低于核的熔点。核和壳配置为响应于瞬间液相至少部分地处于在约20℃至约190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。温度范围内的温度而形成金属间化合物。温度范围内的温度而形成金属间化合物。

【技术实现步骤摘要】
混合接合结构、焊膏组成物、半导体器件及其制造方法


[0001]本公开涉及配置为在低温下接合的混合接合结构、具有该混合接合结构的半导体器件和制造该半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]在半导体封装中，已经使用了通过使用具有不同熔化温度的金属合金将封装彼此接合的方法。这些接合方法之一是焊接。作为常用于焊接的材料，由诸如锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)的金属材料的合金组成的基于SnAgCu(SAC)的焊料是代表性示例。
[0003]在基于SAC的焊料的情况下，熔点在约200℃至约230℃的范围内，并且当基于SAC的焊料在高度集成且薄的半导体封装的情况下使用时，衬底可能取决于工艺温度范围而弯曲或拉伸。随着在相反方向上的力，即拉伸应力和压缩应力，被施加到衬底的上部和下部，发生焊点的损坏。

技术实现思路

[0004]提供了配置为在低温下接合的混合接合结构。
[0005]提供了在低温下接合的半导体器件。
[0006]提供了在低温下制造半导体器件的方法。
[0007]附加的方面将在以下描述中被部分地阐述，并将部分地自该描述明显，或者可以通过实践本公开的所给出的实施方式而获悉。
[0008]根据一些示例实施方式，一种混合接合结构可以包括焊球和接合到焊球的焊膏。焊膏可以包括瞬间液相。瞬间液相可以包括核和在核的表面上的壳。壳的熔点可以低于核的熔点。核和壳可以配置为响应于瞬间液相至少部分地处于在20℃至190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。
[0009]核可以包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。
[0010]壳可以包括铋(Bi)、铟(In)、镓(Ga)和银(Ag)中的至少一种。
[0011]焊球可以包括第一锡(Sn)
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银(Ag)
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铜(Cu)合金。
[0012]核可以包括第二Sn
‑
Ag
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Cu合金，并且壳可以包括铋(Bi)。
[0013]核可以包括铜(Cu)，并且壳可以包括铟(In)和银(Ag)中的至少一种。
[0014]壳的熔点可以在约150℃至约200℃的温度范围内。
[0015]金属间化合物的再分解温度可以在约400℃至约650℃的温度范围内。
[0016]壳的厚度与核的直径之比可以在约0.02至约0.5的范围内。
[0017]焊膏还可以包括金属颗粒，并且该金属颗粒可以包括锡(Sn)、铟(In)、银(Ag)、金(Cu)、铜(Cu)和镍(Ni)中的至少一种。
[0018]瞬间液相的核可以具有在约20μm至约45μm的范围内的直径。
[0019]瞬间液相的壳的厚度可以在约1μm至约10μm的范围内。
[0020]瞬间液相还可以包括在核和壳之间的插入层。
[0021]插入层可以包括Ni、碳纳米管(CNT)、石墨烯和镓(Ga)中的至少一种。
[0022]焊球可以包括Sn
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Ag
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Cu合金、Sn
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Bi合金、Sn
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Bi
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Ag合金和Sn
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Ag
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Cu
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Ni合金中的至少一种合金。
[0023]根据一些示例实施方式，一种半导体器件可以包括电路板、半导体芯片、以及在电路板和半导体芯片之间的混合接合结构，其中混合接合结构可以包括焊球和接合到焊球的焊膏。焊膏可以包括瞬间液相。瞬间液相可以包括核和在核的表面上的壳。壳的熔点可以低于核的熔点。核和壳可以配置为响应于瞬间液相至少部分地处于在约20℃至约190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。
[0024]核可以包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。
[0025]壳可以包括铋(Bi)、铟(In)、镓(Ga)和银(Ag)中的至少一种。
[0026]焊球可以包括第一锡(Sn)
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银(Ag)
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铜(Cu)合金。
[0027]核可以包括第二Sn
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Ag
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Cu合金，并且壳包括铋(Bi)。
[0028]核可以包括Cu，并且壳可以包括铟(In)和银(Ag)中的至少一种。
[0029]壳的熔点可以在约150℃至约200℃的温度范围内。
[0030]根据一些示例实施方式，一种制造半导体器件的方法可以包括：形成半导体芯片；在半导体芯片上布置焊球；将焊膏施加到电路板，焊膏包括助焊剂(flux)和瞬间液相，瞬间液相包括核和壳；将焊球定位成面对焊膏；在约20℃至约190℃熔化壳，以在壳和核之间形成金属间化合物；以及将半导体芯片接合到电路板。
[0031]核可以包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。
[0032]壳可以包括铋(Bi)、铟(In)、镓(Ga)和银(Ag)中的至少一种。
[0033]该方法还可以包括制造包括所述半导体器件的电子装置。
[0034]根据一些示例实施方式，一种电子装置可以包括所述半导体器件。
[0035]根据一些示例实施方式，一种焊膏组成物(composition)可以包括核和在核的表面上的壳。壳的熔点可以低于核的熔点。核和壳可以配置为响应于焊膏组成物至少部分地处于在约20℃至约190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。
[0036]核可以包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。
[0037]壳可以包括铋(Bi)、铟(In)、镓(Ga)和银(Ag)中的至少一种。
[0038]核可以包括锡(Sn)
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银(Ag)
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铜(Cu)合金，并且壳可以包括铋(Bi)。
[0039]核可以包括铜(Cu)，并且壳可以包括铟(In)和银(Ag)中的至少一种。
[0040]壳的熔点可以在约150℃至约200℃的温度范围内。
[0041]金属间化合物的再分解温度可以在约400℃至约650℃的温度范围内。
[0042]壳的厚度与核的直径之比可以在约0.02至约0.5的范围内。
[0043]核可以具有在约20μm至约45μm的范围内的直径。
[0044]壳的厚度可以在约1μm至约10μm的范围内。
[0045]焊膏组成物还可以包括在核和壳之间的插入层。
[0046]插入层可以包括镍(Ni)、碳纳米管(CNT)、石墨烯和镓(Ga)中的至少一种。
[0047]壳可以完全覆盖核的表面。
附图说明
[0048]本公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合接合结构，包括：焊球；以及接合到所述焊球的焊膏，其中所述焊膏包括瞬间液相，其中所述瞬间液相包括核和在所述核的表面上的壳，其中所述壳的熔点低于所述核的熔点，其中所述核和所述壳配置为响应于所述瞬间液相至少部分地处于在20℃至190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。2.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述核包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。3.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述壳包括铋(Bi)、铟(In)、镓(Ga)和银(Ag)中的至少一种。4.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述焊球包括第一锡(Sn)
‑
银(Ag)
‑
铜(Cu)合金。5.根据权利要求4所述的混合接合结构，其中所述核包括第二Sn
‑
Ag
‑
Cu合金，并且所述壳包括铋(Bi)。6.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述核包括铜(Cu)，并且所述壳包括铟(In)和银(Ag)中的至少一种。7.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述壳的熔点在150℃至200℃的温度范围内。8.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述金属间化合物的再分解温度在400℃至650℃的温度范围内。9.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述壳的厚度与所述核的直径之比在0.02至0.5的范围内。10.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述焊膏还包括金属颗粒，并且所述金属颗粒包括锡(Sn)、铟(In)、银(Ag)、金(Cu)、铜(Cu)和镍(Ni)中的至少一种。11.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述瞬间液相的所述核具有在20μm至45μm的范围内的直径。12.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述瞬间液相的所述壳的厚度在1μm至10μm的范围内。13.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述瞬间液相还包括在所述核和所述壳之间的插入层。14.根据权利要求13所述的混合接合结构，其中所述插入层包括镍(Ni)、碳纳米管(CNT)、石墨烯和镓(Ga)中的至少一种。15.根据权利要求1所述的混合接合结构，其中所述焊球包括Sn
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Ag
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Cu合金、Sn
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Bi合金、Sn
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Bi
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Ag合金和Sn
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Ag
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Cu
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Ni合金中的至少一种合金。16.一种半导体器件，包括：电路板；半导体芯片；以及
在所述电路板和所述半导体芯片之间的混合接合结构，所述混合接合结构包括：焊球；以及接合到所述焊球的焊膏，其中所述焊膏包括瞬间液相，其中所述瞬间液相包括核和在所述核的表面上的壳，其中所述壳的熔点低于所述核的熔点，其中所述核和所述壳配置为响应于所述瞬间液相至少部分地处于在20℃至190℃的温度范围内的温度而形成金属间化合物。17.根据权利要求16所述的半导体器件，其中所述核包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)、铋(Bi)、镍(Ni)和铁(Fe)中的至少一种。18.根据权利要求16所述的半导体器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建模，宋炳权，李政勋，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：