电子器件和形成电子器件的方法技术

公开了形成电子器件的方法。该方法包括（ａ）提供基板和待连接至基板的元件，其中该元件选自电子元件，光学元件，器件盖，和它们的组合；（ｂ）将焊料膏施加至该基板和／或元件，其中该焊料膏包含载体和含有金属颗粒的金属部分；和（ｃ）使基板和元件互相接触。该焊料膏具有比该焊料膏熔化且该熔体再次凝固后所得的固相线温度低的固相线温度。同时提供了可以通过本发明专利技术的方法形成的电子器件。可以在电子工业中的密封电子器件封装中得到具体的应用，例如，由半导体晶片形成的密封光电子器件封装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及形成电子器件的方法和可以通过该方法形成的电子器件。更具体地，本专利技术涉及使用具有降低的固相线温度的焊料膏形成电子器件的方法，和包含这种焊料膏的电子器件。可以在电子工业中的密闭电子器件封装中得到具体的应用，例如，由半导体晶片形成的密闭光电子器件封装。
技术介绍
已提出了使用容纳一个或多个电子，光电子，和/或光学元件的密封(hermetically sealed)电子封装。例如，美国专利公开No.2003/0123816公开了密封光学器件封装，该封装具有在其上表面容纳有光信号载体即光纤短线(stub)，光学半导体元件，和介于光纤和该光学半导体元件之间的其它可选元件(例如透镜，滤光器，调制器等)。将一个框架结合到基板的上表面以致使该框架的开口位于该元件和至少一部分光纤之上。将一个盖结合至该框架形成一个外壳，从而与该盖一起形成将元件密封在外壳中的封盖结构。密封封装为封入的器件提供了容纳和保护，该器件典型对环境条件敏感。在这点上，大气污染物如潮湿，灰尘和自由离子会引起一个或多个元件在工作中发生劣化。封装中的光电和光学元件的光学输入/输出表面对污染物尤为敏感，而该封装的金属表面对腐蚀敏感。这些影响都会引起可靠性问题。因此希望封装的密封可以阻止与外界气氛的接触。将封盖固定到基板之前，典型通过焊接首先将封装的元件连接到基板上。这要求建立一定的结合层次以便使先前结合的元件通常不会在连接其它元件或处理期间受到随后热处理的不利影响。例如，当通过焊接将元件连接至基板，在随后的处理期间不应接近该焊料的固相线温度以防止该焊料连接的软化和劣化。然而，使用低熔点的焊料难以制造可靠的焊接连接，因为它们常常会在该电子元件的工作期间发生疲劳或变形(例如蠕变)，从而导致降低的可靠性。因此该结合层次严重限制了可以在连接电子器件的元件中使用的材料的类型。使用焊料材料的又一个限制涉及近期受环境因素驱动的无铅的要求，这提高了消除电子工业中所使用的含铅材料的要求，例如共晶锡-铅合金。遗憾的是，含铅材料最好的替代材料相对共晶锡-铅具有更高的固相线温度。目前，考虑使用Sn/Ag3.0/Cu0.5焊料膏作为共晶Sn/Pb替代材料。然而遗憾的是，Sn/Ag3.0/Cu0.5的固相线温度约为217℃，这比共晶Sn/Pb的固相线温度高34℃。这种合金所需要的增加的热激增(excursion)会导致电子元件的过早失效。因此，存在寻找含铅合金的合适替代材料的需求，该替代材料具有相对低的固相线温度。在光电子器件密封中使用的另一种重要合金是80∶20比例的SnAu，该合金具有280℃的固相线温度。通常在高真空下通过蒸发技术施用这种合金，虽然也可以通过电镀技术对其进行应用。当使用这种材料来密封密封的封装时，必需使用具有更高固相线温度的材料来连接其中的器件。正如使用Sn/Ag3.0/Cu0.5代替共晶Sn/Pb时，这种高温会对该封装内的器件产生不利的影响。因此，在本领域中存在对通常具有相对低的固相线温度的连接材料的需求。本专利技术的方法和元件可防止或显著改善上面所述关于现有技术的问题中的一个或多个。
技术实现思路
依照第一个方面，本专利技术提供了形成电子器件的方法。该方法包括(a)提供基板和待连接至基板的元件，其中该元件选自电子元件，光学元件，器件盖，和它们的组合；(b)将焊料膏施加至该基板和/或元件，其中该焊料膏包含载体和含有金属颗粒的金属部分；和(c)使基板和元件互相接触。该焊料膏具有比该焊料膏熔化且该熔体再次凝固后所得的固相线温度低的固相线温度。依照另一个方面，本专利技术提供了电子器件。该器件包括基板和该基板表面上的元件。该元件选自电子元件，光学元件，器件盖，和它们的组合。提供与该基板和元件接触的焊料膏。该焊料膏包含载体和含有金属颗粒的金属部分。该焊料膏具有比该焊料膏熔化且该熔体再次凝固后所得的固相线温度低的固相线温度。参照下列描述，权利要求，和相关的附图，本领域技术人员将清楚的认识到本专利技术的其它特征和优点。附图说明本专利技术将参照下列附图进行讨论，其中图1说明了依照本专利技术的示例性电子器件。具体实施例方式现在将对本专利技术的方法进行描述。正如这里所使用的，术语“一个”是指一个或多个除非另外明确说明。术语纳米颗粒是指具有50nm或更小直径的颗粒。术语“金属”是指单组分金属，金属混合物，金属合金，和金属间化合物。将材料最初开始熔化的温度称为“固相线温度”。当谈到将一个物体与另一个物体“连接”或“接触”时，分别是想表达指直接和间接的连接或接触。术语“电子器件”包括具有电子功能(functionality)的器件，具有电子和光学功能的器件，即光电子器件，MEMS(微电子机械系统)器件等等。本专利技术的方法包括通过将焊料膏施加至基板和/或待连接至该基板的元件，并使该基板和元件相互接触来形成电子器件。该元件选自电子元件，光学元件，器件盖，和它们的组合。本专利技术中所使用的焊料是由焊料膏形成，该焊料膏包含金属颗粒形式的金属成分和载体成分。对该金属颗粒的尺寸进行选择以便使该焊料膏具有比该焊料膏熔化且该熔体再次凝固后所得的固相线温度低的固相线温度。本专利技术是基于这样的原理传统焊料膏中，所使用的较大尺寸的颗粒具有与块状金属相同的固相线温度，而金属纳米颗粒具有相比更低的固相线温度。可以通过将颗粒尺寸逐渐(incremental)减小到阈值以下，从而逐渐降低该金属的固相线温度。一旦熔化并凝固，所得金属便具有该再次凝固的熔体/块状材料的固相线温度。当包含在焊料膏中时，相比随后的熔化和凝固材料，该纳米颗粒可以以相同的方式有效降低该焊料膏的固相线温度。因此可以在给定的温度下形成焊料区，其在随后的在相同(或甚至更高)的温度下的热处理过程中不会发生回流(reflow)。这在电子元件的连接顺序和层次，以及焊料膏和其它器件材料的选择中提供了相当大的灵活性。此外，当在该焊料膏中使用有机成分时，所用的金属颗粒可减少或消除焊料膏回流后可能残留下的有机残渣。虽然不希望受任何具体理论的限制，但认为该焊料膏中的金属颗粒相对高的表面积会提高该有机材料的催化分解速率。然而该金属颗粒的有效尺寸将取决于例如具体的金属和所需的焊料膏的固相线温度，有用的颗粒通常在纳米尺寸范围内。可以通过许多已知的技术例如化学气相沉积(CVD)，物理气相沉积(PVD)如溅射，电解沉积，激光分解，电弧加热，高温火焰或等离子喷涂，气溶胶燃烧，静电喷涂，模板电沉积(templatedeletrodeposition)，沉淀，浓缩，研磨等来制造纳米颗粒。例如国际公开No.WO96/06700公开了使用如激光，电弧，火焰，或等离子的能源通过加热和分解起始材料来从起始材料形成纳米颗粒的技术，这里将其全部引用作为参考。在本专利技术中有用的金属颗粒包括，例如锡(Sn)，铅(Pb)，银(Ag)，铋(Bi)，铟(In)，锑(Sb)，金(Au)，镍(Ni)，铜(Cu)，铝(Al)，钯(Pb)，铂(Pt)，锌(Zn)，锗(Ge)，镧系元素，它们组合，和它们的合金。其中，典型为Sn，Pb，Ag，Bi，In，Au，Cu，它们的组合，和它们的合金，例如锡和锡合金，如Sn-Pb，Sn-Au，Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Ag-Cu，Sn-Bi，Sn-Ag-Bi，和Sn-In。更具体地本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成电子器件的方法，该方法包括：（１）提供基板和待连接至基板的元件，其中该元件选自电子元件，光学元件，器件盖，和它们的组合；（２）将焊料膏施加至该基板和／或元件，其中该焊料膏包含载体和含有金属颗粒的金属部分；和（３） 使基板和元件互相接触。其中该焊料膏具有比该焊料膏熔化且该熔体再次凝固后所得的固相线温度低的固相线温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：NE布雷斯，MP托本，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]