基于激光超声耦合的微连接工艺制造技术

本发明专利技术涉及电子元器件封装技术领域，提供一种基于激光超声耦合的微连接工艺，包括在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，在半导体晶圆盖板的盖合面上依次附着第二粘附层与第三键合层；将电子元器件放入管壳内，将半导体晶圆盖板的盖合面盖设于敞口的端面上；由敞口确定激光键合路径，开启超声波发生装置以带动管壳及半导体晶圆盖板振动；控制激光发生器发射的激光在半导体晶圆盖板上沿激光键合路径移动；第一键合层与第三键合层的材质相同，第一键合层的熔点高于第二键合层的熔点；本发明专利技术通过将激光作为瞬态液相键合的热源，并将超声波介入瞬态液相键合的反应过程，保证了封装的瞬时性与可靠性。的瞬时性与可靠性。的瞬时性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于激光超声耦合的微连接工艺


[0001]本专利技术涉及电子元器件封装
，尤其涉及一种基于激光超声耦合的微连接工艺。

技术介绍

[0002]随着集成电路领域的发展，电子元器件呈现出小型化及高度集成化的特点；为了确保电子元器件工作的稳定性与可靠性，需要对电子元器件进行良好的封装，一方面，可以减少电子元器件的机械振动损伤，另一方面，可以保证良好的真空性与气密性。
[0003]现有的封装方法包括热压键合与表面活化键合，热压键合是通过对键合界面加热、施压，使得原子间发生相互扩散、重结晶实现连接；然而热压键合工艺温度通常达到300℃以上，高温会使得键合接头中热应力提高，降低连接强度，且容易对热敏元件造成损伤；表面活化键合是通过高能粒子束轰击键合界面，去除表面的氧化层及污染物从而获得高活性的材料表面，施加压力即可在室温下实现牢固的键合，然而表面活化键合的工艺复杂，对设备要求较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于激光超声耦合的微连接工艺，用以解决或改善现有电子元器件在封装过程中存在封装工艺复杂、可靠性较低的问题。
[0005]本专利技术提供一种基于激光超声耦合的微连接工艺，包括：在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，在半导体晶圆盖板的盖合面上依次附着第二粘附层与第三键合层；
[0006]将电子元器件放入所述管壳内，将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，以使得所述抗氧化层与所述第三键合层接触；
[0007]根据所述敞口确定激光键合路径，开启超声波发生装置以带动所述管壳及所述半导体晶圆盖板振动；控制激光发生器发射的激光在所述半导体晶圆盖板上沿所述激光键合路径移动；
[0008]其中，所述第一键合层与所述第三键合层的材质相同，所述第一键合层的熔点高于所述第二键合层的熔点。
[0009]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，包括：
[0010]将所述管壳置于封装平台的凹槽内，将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，所述半导体晶圆盖板在所述封装平台上的透明压板的作用下与所述敞口的端面抵接；
[0011]其中，所述超声波发生装置设于所述封装平台上。
[0012]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，包括：
[0013]通过电子束蒸发工艺在所述端面上沉积厚度范围为1.9微米至2.1微米的所述第一粘附层；
[0014]其中，所述第一粘附层为镍粘附层。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，还包括：
[0016]在所述第一粘附层上电镀厚度范围为2.85微米至3.15微米的所述种子层；
[0017]其中，所述种子层为金种子层。
[0018]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，还包括：
[0019]在所述种子层上电镀厚度范围为2.85微米至3.15微米的所述第一键合层。
[0020]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，还包括：
[0021]在所述第一键合层上电镀厚度范围为1.9微米至2.1微米的所述第二键合层。
[0022]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，还包括：
[0023]在所述第二键合层上电镀厚度范围为0.027微米至0.033微米的所述抗氧化层；
[0024]其中，所述抗氧化层的材质与所述第一键合层的材质相同。
[0025]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在半导体晶圆盖板的盖合面上依次附着第二粘附层与第三键合层，包括：
[0026]通过电子束蒸发工艺在所述盖合面上沉积厚度范围为0.045微米至0.055微米的所述第二粘附层；
[0027]其中，所述第二粘附层为钛粘附层。
[0028]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述在半导体晶圆盖板的盖合面上依次附着第二粘附层与第三键合层，还包括：
[0029]在所述第二粘附层上电镀厚度范围为2.85微米至3.15微米的所述第三键合层。
[0030]根据本专利技术提供的一种基于激光超声耦合的微连接工艺，所述第一键合层与所述第三键合层均为银键合层，所述第二键合层为铟键合层；
[0031]或者，所述第一键合层与所述第三键合层均为金键合层，所述第二键合层为锡键合层；
[0032]或者，所述第一键合层与所述第三键合层均为铜键合层，所述第二键合层为锡键合层。
[0033]本专利技术提供的基于激光超声耦合的微连接工艺，通过将激光作为瞬态液相键合的热源，并将超声波介入瞬态液相键合的反应过程，在保证电子元器件性能的同时，缩小了键合热影响区，加快了瞬态液相键合的反应进程，提升了电子元器件封装的稳定性、可靠性及效率，且该基于激光超声耦合的微连接工艺具有良好的适应性，尤其适用于热敏元器件、红外探测器及晶圆级气密性封装领域的应用。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本专利技术提供的基于激光超声耦合的微连接工艺的流程示意图；
[0036]图2是本专利技术提供的管壳与半导体晶圆盖板的整体结构示意图；
[0037]图3是本专利技术提供的半导体晶圆盖板上的第二金属化层的结构示意图；
[0038]图4是本专利技术提供的管壳上的第一金属化层的结构示意图；
[0039]图5是本专利技术提供的封装平台的结构示意图；
[0040]图6是本专利技术提供的超声波发生装置的结构示意图；
[0041]图7是本专利技术提供的管壳与半导体晶圆盖板键合后的结构示意图；
[0042]附图标记：
[0043]1：管壳；11：粘附层；12：种子层；13：第一键合层；14：第二键合层；15：抗氧化层；2：半导体晶圆盖板；21：第二粘附层；22：第三键合层；3：封装平台；31：样品台；32：弹簧夹具；33：三轴位移平台；331：第一手柄；332：第二手柄；333：第三手柄；34：底座；35：透明压板；4：超声波发生装置；5：激光发生器；6：Ag2In层。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声耦合的微连接工艺，其特征在于，包括：在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，在半导体晶圆盖板的盖合面上依次附着第二粘附层与第三键合层；将电子元器件放入所述管壳内，将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，以使得所述抗氧化层与所述第三键合层接触；根据所述敞口确定激光键合路径，开启超声波发生装置以带动所述管壳及所述半导体晶圆盖板振动；控制激光发生器发射的激光在所述半导体晶圆盖板上沿所述激光键合路径移动；其中，所述第一键合层与所述第三键合层的材质相同，所述第一键合层的熔点高于所述第二键合层的熔点。2.根据权利要求1所述的基于激光超声耦合的微连接工艺，其特征在于，所述将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，包括：将所述管壳置于封装平台的凹槽内，将所述半导体晶圆盖板的盖合面盖设于所述敞口的端面上，所述半导体晶圆盖板在所述封装平台上的透明压板的作用下与所述敞口的端面抵接；其中，所述超声波发生装置设于所述封装平台上。3.根据权利要求1所述的基于激光超声耦合的微连接工艺，其特征在于，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，包括：通过电子束蒸发工艺在所述端面上沉积厚度范围为1.9微米至2.1微米的所述第一粘附层；其中，所述第一粘附层为镍粘附层。4.根据权利要求1所述的基于激光超声耦合的微连接工艺，其特征在于，所述在管壳的敞口的端面上依次附着第一粘附层、种子层、第一键合层、第二键合层及抗氧化层，还包括：在所述第一粘附层上电镀厚度范围为2.85微米至3.15微米的所述种子层；其中，所述种子层为金种子层。5.根据权利要求1所述的基于激光超声耦合的微连接工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳麒，霍永隽，胡世尊，刘煜，葛桉序，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：