预烧结半导体芯片结构制造技术

将半导体芯片和干烧结料抵压在基片上形成一种烧结连接，所述干烧结料位于基片和半导体芯片之间，该干烧结料具有烧结颗粒和溶剂。在半导体芯片被压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以在相邻烧结颗粒间形成局部烧结连接。局部烧结连接在烧结之前共同提供将半导体芯片固定至基片上的固定接合。在形成固定接合后，由干烧结料形成在半导体芯片与基片间的烧结连接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】将半导体芯片和干烧结料抵压在基片上形成一种烧结连接，所述干烧结料位于基片和半导体芯片之间，该干烧结料具有烧结颗粒和溶剂。在半导体芯片被压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以在相邻烧结颗粒间形成局部烧结连接。局部烧结连接在烧结之前共同提供将半导体芯片固定至基片上的固定接合。在形成固定接合后，由干烧结料形成在半导体芯片与基片间的烧结连接。【专利说明】预烧结半导体芯片结构
本应用涉及烧结，更具体地，涉及形成具有高完整性的烧结连接。技术背景烧结是一种当加热时将粉粒之间致密的机械连接转化成颗粒之间固体冶金接合。烧结是一种广泛使用的芯片至基片连接技术，其使功率模块使用寿命增强而且功率密度强化。通过烧结形成的芯片-基片连接是基于微米或者纳米大小的颗粒的强化表面的金属相互扩散。这些金属颗粒通常在高温下，在有或没有施加电压的情况下被压缩。用于将芯片连接至基片的常用烧结浆料由有机络合物涂覆的银颗粒以及有机组分(诸如将银颗粒保持在一起的溶剂)组成。传统烧结芯片贴装技术涉及用湿银浆料涂覆将芯片坚固地放置到基片上。湿银浆料的有机组份具有足够粘度，可以将芯片粘到基片上。然而，在后续的烧结过程中，在有机合成物蒸发时形成干的通路。这些通路严重损害了烧结银层的热性能和电性能。结果，无法满足，可靠性需求，尤其是模块的使用期限。大多数溶剂能够在芯片放置到基片上之前，在升高的温度下通过干燥银浆料将溶剂从银浆料中除去。然而，在将芯片放置在基片上之前从烧结浆料中除去大多数溶剂很难使芯片固定在基片上的合适位置，因为烧结料一旦干燥粘附性不佳。在烧结过程后以及在将基片传送至烧结设备过程中，芯片必须保持在基片上合适的位置，由此证明在使用干燥烧结浆料时是有困难的。
技术实现思路
根据此处描述的实施例，通过干烧结料提供芯片在基片上的固定的位置，因此基片能够在芯片不会从位置移动出的同时被转移至烧结装置。根据一个实施例的形成烧结连接的方法，该方法包括:将半导体芯片和干烧结料压在基片上，干烧结料位于基片和半导体芯片之间，该干烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在半导体芯片压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以形成相邻烧结颗粒间的局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合；以及在形成固定接合后，由干烧结料形成半导体芯片和基片之间的烧结连接。根据预烧结结构的一个实施例，预烧结结构包括基片，设置在基片上的半导体芯片，以及位于基片和半导体芯片之间的干烧结料。该干烧结料包括烧结颗粒和溶剂。该干烧结料具有大于20%的孔隙率。预烧结结构进一步包括相邻烧结颗粒之间的局部烧结连接，该局部烧结连接一起将半导体芯片固定在基片上，半导体芯片和基片之间没有形成完全烧结的连接。根据一个形成预烧结连接的实施例的方法，该方法包括:在基片上或者附接至基片的半导体芯片上形成烧结料，该烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在高于溶剂的蒸发温度时使得烧结料变干以形成一种干烧结料，该干烧结料具有降低的溶剂量；将半导体芯片和干烧结料抵压在基片上，该干烧结料位于基片和半导体芯片间；当将半导体芯片抵压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度，以在相邻烧结颗粒间形成局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合。根据另一个形成预烧结连接的实施例的方法，该方法包括:在基片上或者附接至基片的半导体芯片上形成烧结料，该烧结料包括烧结颗粒和溶剂；在高于溶剂的蒸发温度下使得烧结料变干以形成一种干烧结料，该干烧结料具有降低的溶剂量；将半导体芯片和干烧结料压在基片上，该干烧结料位于基片和半导体芯片间；当半导体芯片抵压在基片上时，将基片加热至低于干烧结料的烧结温度以形成相邻烧结颗粒间的局部烧结连接，局部烧结连接在烧结前提供了将半导体芯片固定至基片的固定接合；以及在形成固定接合后，由干烧结料形成半导体芯片和基片之间的烧结连接。本领域技术人员在阅读到以下的详细描述和看到附图时将会识别出额外的特征以及优势。【专利附图】【附图说明】附图中的部件并不一定是按照比例，而是强调阐释本专利技术的原理。此外，图中相同的参考标号指定对应的部分。在附图中:图1示出了根据一个实施例的在预烧结过程中安装在基片上的芯片的透视图。图2示出了根据另一个实施例的在预烧结过程中安装在基片上的芯片的透视图。图3示出了根据一个实施例的预烧结结构的透视图，该预烧结结构包括通过局部烧结连接安装在基片上的芯片。图4示出了在形成局部烧结连接后在烧结过程中图3的预烧结结构的透视图。图5A至5C示出了芯片贴装工艺的不同阶段中包含在烧结料中的烧结颗粒的对应图。【具体实施方式】接下来的实施例要描述的是通过干烧结料将芯片安装到基片上，因此基片可以在芯片不从位置移出的情况下被转移至烧结装置。烧结浆料，多孔预制体(即为特定应用专门设计的焊接预制状)，或多孔烧结层可以沉积在基片或芯片上。使烧结料变干以除去包含在烧结料中的大多数溶剂。在执行烧结之前将芯片和干烧结料定位到基片上，干烧结料位于芯片和基片间。为了充分地将芯片固定到基片上以传送至烧结设备，将基片预加热至低于烧结设备的温度下，例如低于银烧结料的200°C。在温度窗口内并在足够压力下，在芯片和基片之间能够实现足够的固定接合。通过预烧结干烧结料产生固定接合，在芯片和基片之间提供充分的粘结。在预烧结过程中，小烧结颗粒的反应表面彼此间形成局部烧结连接，以在没有完全烧结的连接情况下提供固定的芯片至基片连接。在后续的烧结步骤中，最终压缩成紧密的(烧结的)连接层。更详细地，图1至图3示出了在半导体芯片100与基片102之间形成预烧结连接方法的实施例，因此基片102能够在芯片100没有从位置移出的情况下被传送至烧结设备。如图1至图3所示，基片102可以包括绝缘件104，如带有上和下金属化106的陶瓷件。通常，可以使用任意合适的基片。图1示出了一个实施例，其中在附接至基片102的半导体芯片100的背面101形成烧结料108。在一些实施例中，烧结料108为银浆料、多孔银预制体或多孔银层。通常，烧结料108包括微米或纳米大小的烧结颗粒，有机成分包括溶剂。烧结颗粒可以是涂有蜡或者其它有机络合物的银颗粒、铜颗粒、金颗粒、钯颗粒等。图2示出了另一实施例，其中烧结料108形成于基片102上。在所有情况下，烧结料108能够喷射、气相沉积或印刷(如，丝网印刷)在芯片100的背面101上或基片102上。例如，在气相沉积过程中能够将金属颗粒沉积在芯片100或基片102上。另外，烧结料108可以是置于芯片100与基片102之间的金属浆料预制体。烧结料108能够覆盖芯片区或者大于芯片区。在高于包含于烧结料108的溶剂的蒸发温度下将烧结料108变干，以形成干烧结料，该干烧结料具有减少的溶剂量。例如，对于很多类型的溶剂来说在120°C以上使干烧结料108变干以充分降低烧结料108中溶剂量。然而，干烧结料108中仍保留有足够的溶剂，因此当烧结颗粒施加到基片102或芯片100上时能充分彼此粘结，因此在施加后粘在芯片100或基片102上。在一实施例中，将烧结料108变干直至至少80%的溶剂从烧结料中除去。在一个实施例中，如图1所示烧结料108为半导体芯片100上形成的金属浆料并且将芯片10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成烧结连接的方法，包括：将半导体芯片与干烧结料抵压在基片上，所述干烧结料位于所述基片与所述半导体芯片之间，所述干烧结料包括烧结颗粒和溶剂；当所述半导体芯片被抵压在所述基片上时，将所述基片加热至低于所述干烧结料的烧结温度，以在相邻所述烧结颗粒间形成局部烧结连接，所述局部烧结连接在烧结之前共同提供将所述半导体芯片固定到所述基片上的固定接合；以及在形成所述固定接合后，由所述干烧结料形成所述半导体芯片和所述基片之间的烧结连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·施佩克尔斯，拉尔斯·伯文，尼古拉斯·霍伊克，尼尔斯·厄施勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE