公开了高功率密度芯片的金属热接合，给出了一种装配半导体封装的方法，包括通过反向溅射来清洁芯片的表面和排热器件的表面。该方法包括在目标接合区域上，顺序地涂敷芯片的表面和排热器件的表面以粘合剂层、阻挡层和保护层。芯片和排热器件被放入夹具内并预加热到目标温度。然后，金属热界面材料预制件被机械地碾压到芯片的表面上，并且第一和第二承载夹具被附接到一起，使得通过无焊剂工艺把芯片表面上的金属热界面材料层与排热器件的被涂敷表面接合。该方法包括在回流炉中加热被接合的承载夹具。
【技术实现步骤摘要】
这里公开的实施例一般涉及半导体器件制造中的方法。更具体地，这里公开的实施例涉及使用金属热界面材料(thermal interfacematerial,TIM)将排热器件无焊剂地附接到芯片上的方法。
技术介绍
半导体封装的装配在热管理中扮演重要角色。传统的半导体封装包括盖、一个或多个管芯、管芯互连、衬底、衬底互连以及盖附接热界面材料(TIM)。管芯通过管芯附接工艺被放置到衬底上。典型地，管芯附接工艺包含通过回流工艺经由管芯互连将倒装型管芯附接到衬底上。底层填料被施加到管芯互连、管芯和衬底。 盖附接TIM被施加到管芯的底部(与管芯互连相反的一侧)。盖被放置在衬底上，典型地经由盖附接TIM与管芯接触。半导体封装在固化温度被固化。盖附接TIM的粘合剂层厚度 (bond line thickness, BLT)由管芯、衬底和盖的共面性、盖到衬底的施加、盖附接TIM的特性、以及装配的半导体封装的固化工艺来确定。从微处理器、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)或其它印刷电路板(PCB)组件排热的传统技术依赖于使用放置在生热器件和散热器件之间的热沉附接TIM。典型地，单个散热器件，即热沉跨越生热器件，即半导体封装上的若干个部件。热沉附接TIM的BLT确定热路径性能和散热器件的制冷效率。
技术实现思路
通常，在一个方面，本专利技术涉及一种装配半导体封装的方法，包括通过反向溅射来清洁芯片的表面和排热器件的表面。该方法还包括在目标接合区域上，顺序地涂敷芯片的表面和排热器件的表面以粘合剂层、阻挡层和保护层。芯片和排热器件被分别放入第一和第二承载夹具中并预加热到目标温度。然后，金属热界面材料预制件被放到芯片表面上。在芯片表面上机械地碾压金属热界面材料预制件，并且第一和第二承载夹具被附接到一起， 使得芯片表面上的金属热界面材料层与排热器件的被涂敷表面接合。该方法还包括在回流炉中加热被接合的承载夹具。本专利技术的其它方面和优点根据下面的描述和后附权利要求书将是明显的。 附图说明图1示出了根据这里公开的一个或多个实施例的方法的流程图。图2示出了根据这里公开的一个或多个实施例的承载夹具的示意图。图3示出了根据这里公开的一个或多个实施例的封装。图4是根据这里公开的一个或多个实施例的温度加热分布的图。具体实施方式 现在将参照附图详细描述本公开的实施例。各图中的相似元件被相似标记表示以便一致。此外，在后面的本专利技术实施例的详细描述中，大量特殊细节被阐明以便提供对请求保护的主题的更全面理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，这里公开的实施例能在没有这些特殊细节的情况下被实现。在其它实例中，公知的特征没有被详细描述以避免不必要地使描述复杂。在一个方面，这里公开的实施例一般涉及半导体封装方法。具体地，这里公开的实施例一般涉及采用无焊剂工艺和金属TIM来热耦接管芯/芯片和排热器件/盖的方法。参照图1，示出了按照一个或多个实施例的半导体封装方法。在ST100，清洁芯片的表面、排热器件的表面和金属TIM预制件。具体地，在一个或多个实施例中，可使用丙酮， 接着使用异丙醇来清洁芯片的表面、排热器件的表面和金属TIM预制件。此外，可使用盐酸在室温下轻度蚀刻芯片的表面、排热器件的表面和金属TIM预制件，接着用脱离子水进行漂洗。在用脱离子水进行漂洗之后，然后用丙酮，接着使用异丙醇来漂洗芯片的表面、排热器件的表面和金属TIM预制件，并使用氮吹干。本领域技术人员将懂得，除油和清洁芯片的表面、排热器件的表面和金属TIM预制件不限于上面描述的步骤，并且可使用本领域已知的其它溶剂来清洁表面。例如，可使用反向溅射来清洁芯片的表面和排热器件的表面。反向溅射是本领域已知的通过在电场中加速的气体离子的冲击能量来执行从材料表面脱离或去除原子或分子的工艺。反向溅射只是表面清洁的一个实施例。可使用其它方法，例如机械清洁、化学蚀刻或等离子体清洁。在一个或多个实施例中，芯片是基于硅的管芯封装。在一个或多个实施例中，排热器件是基于铜的盖。在ST102，芯片表面和排热器件表面中的每一个被涂敷粘合剂层、阻挡层和保护层。可通过溅射涂敷来沉积粘合剂层、阻挡层和保护层。本领域技术人员将懂得，粘合剂层、 阻挡层和保护层的沉积不限于溅射涂敷。例如，可使用化学汽相沉积、化学镀层或本领域已知的其它技术。粘合剂层可便于进一步保护芯片和排热器件表面。阻挡层可提供TIM和芯片及排热器件表面之间的阻挡。保护层便于TIM和芯片及排热器件表面之间的接合。按照请求保护的专利技术的一个或多个实施例，粘合剂层、阻挡层和保护层覆盖目标在于将芯片与排热器件或盖结合的区域的100%。盖侧被覆盖区域可与管芯侧相同或稍大以补偿任何未对准。按照这里公开的一个或多个实施例，粘合剂层主要包括约0. 1 μ m厚(微米)的钛层。本领域技术人员将懂得，粘合剂层材料不限于钛，并且其厚度不限于0. 1 μ m。针对粘合到芯片和排热器件表面并进一步粘到阻挡层的能力来选择粘合的材料和厚度。粘合剂层还可以由例如Ti/W或Cr制成。本领域技术人员将懂得，粘合剂层的厚度以及阻挡层和保护层的厚度均对整个BLT有贡献。按照本专利技术的一个或多个实施例，阻挡层包括镍和钒。在一个或多个实施例中， 阻挡层包含97%的镍和3%的钒。在一个或多个实施例中，阻挡层厚约0.3μπι。本领域技术人员将懂得，阻挡层的材料不限于镍/钒，并且其厚度不限于0. 3 μ m。阻挡层必须阻止粘合层的扩散。此外，阻挡层必须阻止在表面上形成氧化物/氮化物/碳化物，并因此防止焊料变湿。阻挡层还可防止任何保护层移往表面以及形成脆性金属互化物(brittle intermetallic compound, IMC)。形成脆性金属互化物可能导致差的可靠性。可在阻挡层中使用的其它材料的例子包括但不限于镍、镍(含磷)、钼、钯、钴、钴(含磷)、镍钴、或镍钴(含磷)。按照一个或多个实施例，保护层主要包含金。在一个或多个实施例中，保护层是厚约0. 2μ m的金层。本领域技术人员将懂得，保护层的材料不限于金，并且其厚度不限于0.2 μ m。保护层可用于保护被覆表面不被氧化，直到将芯片附接到排热器件。 可在保护层中使用的其它材料的例子包括但不限于钼、银、浸银、或有机可焊防腐剂 (organicsolderability preservative, 0SP)0在ST104，芯片和排热器件被放入图2中所示的承载夹具内。在ST106，包含芯片和排热器件的承载夹具被预加热到目标温度。在一个或多个实施例中，金属TIM预制件与包含芯片和排热器件的承载夹具一起被预加热到目标温度。在本专利技术的一个或多个实施例中，使用覆盖目标接合区域的90-100%的金属TIM 预制件。在一个或多个实施例中，金属TIM预制件由铟构成。根据一个或多个实施例，金属 TIM预制件的厚度从5密耳到16密耳(0. 125mm到0. 300mm)。在一个或多个实施例中，预加热目标温度可以是60°C。预加热目标温度的优化测试断定对于厚度为5、8和12密耳(0. 125,0. 200和0. 300mm)的铟金属TIM预制件，60°C 提供了 BLT和变湿的再现性。在ST108，将金属TIM预制件放在目标接合区域上。或者，可在ST106之前将TIM 预制件放在目标接合区本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·安基莱蒂，V·盖克廷，J·A·琼斯，M·B·斯特恩，
申请(专利权)人：甲骨文美国公司，
类型：发明
国别省市：
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