用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及集成电路领域，提供一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，包括：载体；在载体表面上依次叠加设置的吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；其中：所述吸氢层，覆形覆盖在载体表面，其被设置用于吸氢/储氢；所述选择性渗氢层，覆形覆盖在吸氢层上，用于选择性地允许氢气透过而阻止其他气体透过；所述保护层，采用在空气环境下性质稳定的金属/合金薄膜，其覆形覆盖在选择性渗氢层上，用于允许氢气透过并且保护位于其下方的选择性渗氢层不与空气中的气体反应而减弱渗氢。的气体反应而减弱渗氢。的气体反应而减弱渗氢。

【技术实现步骤摘要】
用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混合集成电路领域，尤其是混合集成电路封装内的选择性吸氢器件，具体而言涉及一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，适于在氢气敏感的混合集成电路封装中选择性吸收氢气，以提高混合集成电路封装的可靠性和寿命。

技术介绍

[0002]由于各有源器件（如各种半导体芯片）和无源器件（如封装基板，封装壳体，吸波片等）在其制作过程中，以及在封装工艺（如各种钎焊，无铅焊，共晶，胶粘等）过程中难免会引入氢气，或者制作过程、封装工艺过程中的化学反应产生了氢气。这些氢气会被有源器件、无源器件、封装模块（例如一些具有吸氢/储氢能力的金属、合金、复合材料、有机材料等）吸收，在混合集成电路封装里面残留氢气。这些残留的氢气在混合集成电路日后的使用过程中有可能缓慢释放出来，使混合集成电路里面对氢气敏感的电子元器件、连接引线、金属焊盘/焊球等中毒甚至失效，例如砷化镓芯片，会严重影响混合集成电路的长期可靠性和使用寿命。
[0003]目前，解决氢敏感混合集成电路里面残留氢气缓慢释出的方法主要有两种：其一是在封装前对各封装元件进行除氢处理，并且需要在封装工艺过程避免引入氢；其二是在封装里面增加一个吸氢元件，把封装里面后期缓慢释出的氢气吸收掉。为了增加可靠性，封装实践中通常是两种方法同时使用。
[0004]用于氢敏感混合集成电路的吸氢元件有其特殊性，即需要在氢气分压（通常数十万到数千ppm量级）和工作温度（通常要求
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55度到150度）都比较低的情况下，选择性地吸收氢气，而电子封装通常是冲氮气、惰性气体或直接空气气氛封装，吸氢元件在吸收氢气后在上述分压和工作温度下不会释放出来。同时，由于电子器件及封装的温度敏感性，氢敏感混合集成电路中使用的吸氢元件一般不能采用高温激活。因此它和传统真空器件封装中的吸氢材料在使用目的（保持真空度）、基本要求（尽量各种气体都吸收）以及使用前提（需要高温激活）均不同，简单移植真空器件中的吸氢材料和封装方案往往得不到好的结果。
[0005]当前，氢敏感混合集成电路所用吸氢元件的做法主要是以钛金属片材作为吸氢材料，然后在其表面电镀或磁控溅射镀覆数百纳米厚的钯金属作为保护层，或磁控溅射钛/钯金属分别作为过渡层和保护层，如中国专利申请CN110863174A公开的一种无需激活的钛基吸氢材料及其制备方法和CN110699649公开的一种用于电子封装的吸氢材料及其制备方法，这种结构的吸氢器件虽然有效，但吸氢效率/速率比较低，使用鲁棒性不好，而且Ti基体和结合在Ti基体上的起催化裂解渗透作用的Pd膜，使用钯金属的产品虽然性能好，但是为了获得比较好的吸氢效果，需要做的比较厚，导致成本很高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术目的的第一方面提出一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，包括：
载体；在载体表面上依次叠加设置的吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；其中：所述吸氢层，覆形覆盖在载体表面，其被设置用于吸氢/储氢；所述选择性渗氢层，覆形覆盖在吸氢层上，用于选择性地允许氢气透过而阻止其他气体透过；所述保护层，采用在空气环境下性质稳定的金属/合金薄膜，其覆形覆盖在选择性渗氢层上，用于允许氢气透过并且保护位于其下方的选择性渗氢层不与空气中的气体反应而减弱渗氢。
[0007]在一些可选的示例中，载体构造为混合集成电路的封装结构件的一部分，例如以封装盖板、封装壳体的内表面或封装内部的隔墙作为载体，而不采用独立的载体，以适应于混合集成电路的封装体内部较为狭小的空间需要。
[0008]在一些可选的示例中，载体构造为独立于混合集成电路的封装结构件的片状构件，提供支撑面，例如采用陶瓷片、金属片、合金片、NEG吸氢金属片以及NEG吸氢合金片中的一种，贴装到混合集成电路的封装体内部表面。
[0009]在一些可选的示例中，对于混合集成电路的封装结构的内部空间狭小，难以贴装片型载体的，前述的载体可以构造为独立于混合集成电路的封装结构件的柔性薄膜构件，例如聚酰亚胺膜
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PI、液晶聚合物膜
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LCP等柔性有机薄膜，克服刚性吸氢片的使用鲁棒性缺陷，而采用柔性薄膜构件作为载体，可在封装体内部的拐角位置或者其他曲面上进行贴装，提高适应性和使用鲁棒性。
[0010]在一些可选的示例中，吸氢层可以采用NEG吸氢金属材料、NEG吸氢金属合金材料或者有机吸氢材料制作，作为吸氢材料/储氢材料，起到吸氢材料/储氢的作用。
[0011]在一些可选的示例中，载体与吸氢层可以采用相同的NEG吸氢金属以及NEG吸氢合金制作，由此二者构成一体，以载体构成为吸氢层，则不需在单独制备吸氢层，也即以载体同时兼做吸氢层，从而进一步降低吸氢器件的尺寸（厚度），适应于在趋向于小型化，薄型化封装体内部的贴装和使用。
[0012]在一些可选的示例中，所述载体表面经过表面增强处理，从而可获得更大的比表面积，以提高吸氢效率。例如，表面粗化处理，表面多孔化处理，或者制备周期性表面增强微结构，周期性表面增强微结构包括但不限于微尖锥/微棱锥/微柱状/微凹坑表面等，其旨在提高载体表面的比表面积，利于提高吸氢效率/速率。
[0013]在一些可选的示例中，所述吸氢层采用有机吸氢材料，可制作成薄片，再用防颗粒脱落层进行包覆，例如高分子有机薄膜包覆。
[0014]在一些可选的示例中，由于吸氢金属/合金吸收较多的氢气后容易变脆，进而有可能在震动中脱落微小的金属颗粒，危害整个封装，因此作为可选的设计，可在保护层上制备一层防颗粒脱落层，采用允许氢气透过的高分子薄膜，例如具有良好的氢气透过性的PDMS、PTMSP、Polystyrene等高分子有机薄膜，覆形覆盖在保护层上，防止金属微小颗粒脱落，提高本专利技术吸氢器件在使用中的可靠性。
[0015]根据本专利技术目的的第二方面还提出一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、在载体基片表面进行表面增强处理，在载体基片表面获得增强结构；步骤2、对载体基片进行清洗烘干；步骤3、在清洗烘干后的载体基片表面依次制备金属/合金膜层，所述金属/合金膜层依次包括吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；以及步骤4、对完成步骤3处理的载体基片进行分割，获得预定尺寸的吸氢器件。
[0016]在一些可选的示例中，所述步骤3中，在制备好金属/合金膜层的载体基片上还包括以下处理：在保护层表面涂覆防颗粒脱落层，所述防颗粒脱落层采用允许氢气透过的高分子薄膜，覆形覆盖在保护层上，厚度控制在5μm～30μm。
[0017]在上述制备方法的工艺中，以独立于封装体的载体基片为基础，在其表面通过磁控溅射等工艺制备出吸氢层、选择性渗氢层以及保护层之后，再通过切割工艺，切割出所需尺寸的吸氢片，即吸氢器件。在使用时，可通过贴装的方式贴在封装体内部的适当位置。
[0018]根据本专利技术目的的第三方面还提出一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件的制备方法，包括以下步骤：步骤1、选择混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，包括：载体（10）；在载体表面上依次叠加设置的吸氢层（20）、选择性渗氢层（30）以及保护层（40）；其中，所述吸氢层（20），覆形覆盖在载体（10）的表面，其被设置用于吸氢/储氢；所述选择性渗氢层（30），覆形覆盖在吸氢层（20）上，用于选择性地允许氢气透过而阻止其他气体透过；所述保护层（40），采用在空气环境下性质稳定的金属/合金薄膜，其覆形覆盖在选择性渗氢层上，用于允许氢气透过并且保护位于其下方的选择性渗氢层不与空气中的气体反应而减弱渗氢。2.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体（10）构造为混合集成电路的封装结构件的一部分。3.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体（10）构造为独立于混合集成电路的封装结构件的片状构件。4.根据权利要求3所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述片状构件为陶瓷片、金属片、合金片、NEG吸氢金属片以及NEG吸氢合金片中的一种。5.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体（10）构造为独立于混合集成电路的封装结构件的柔性薄膜构件。6.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体（10）与吸氢层（20）采用相同的NEG吸氢金属以及NEG吸氢合金制作，二者构成一体，以所述载体（10）构成为所述的吸氢层（20）。7.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体表面经过表面增强处理。8.根据权利要求7所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述载体表面的表面增强处理包括：表面粗化、表面多孔化以及周期性变化的表面处理中的至少一种。9.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述吸氢层（20）采用NEG吸氢金属材料、NEG吸氢金属合金材料或者有机吸氢材料制作。10.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述选择性渗氢层（30）的厚度控制在0.01μm～10μm。11.根据权利要求1所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述保护层（40）的厚度控制在0.5nm～500nm。12.根据权利要求1
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11中任意一项所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件，其特征在于，所述吸氢器件还包括防颗粒脱落层（50），采用允许氢气透过的高分子薄膜，覆形覆盖在保护层（40）上。13.一种用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在载体基片表面进行表面增强处理，在载体基片表面获得增强结构；步骤2、对载体基片进行清洗烘干；步骤3、在清洗烘干后的载体基片表面制备金属/合金膜层，所述金属/合金膜层依次包
括吸氢层、选择性渗氢层以及保护层；以及步骤4、对完成步骤3处理的载体基片进行分割，获得预定尺寸的吸氢器件。14.根据权利要求13所述的用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王列松，黄寇华，
申请(专利权)人：南京盖特尔电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：