專利名稱：高可靠同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多芯片組件(簡稱MCM)，進(jìn)一步來說，涉及同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件。
背景技術(shù)：
原有的多芯片組件集成技術(shù)中，是在厚膜低溫多層共燒陶瓷基片(簡稱LTCC基片)上，采用絲網(wǎng)印刷的方式，將金漿、銀漿或鈀-銀漿料等導(dǎo)體漿料、釕系電阻漿料，按頂層布圖設(shè)計(jì)的要求，在LTCC基片上形成導(dǎo)帶、阻帶圖形，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后成型。在導(dǎo)帶的端頭、或指定的地方，形成鍵合區(qū)域、半導(dǎo)體芯片組裝區(qū)域、或其它片式元器件組裝區(qū)域，其余區(qū)域(包括厚膜阻帶)用玻璃鈾絕緣層進(jìn)行表面保護(hù)。在基片上進(jìn)行半導(dǎo)體芯片、其他片式元器件的組裝，芯片(通常為鋁鍵合區(qū))、導(dǎo)帶(通常為金或銀鍵合區(qū))、管腳(通常為金或鎳鍵合區(qū))之間采用金絲或硅-鋁絲進(jìn)行鍵合聯(lián)接，形成完整的電路連接，由此形成的鍵合系統(tǒng)為金-鋁(Au-Al)、銀-鋁(Ag-Al)或鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)。原有技術(shù)的缺陷或存在的主要問題如下:①銀導(dǎo)帶、鈀銀導(dǎo)帶中，銀容易氧化，且在長期通電情況下，容易產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響器件的可靠性，通常表現(xiàn)為鍵合強(qiáng)度衰退 級金導(dǎo)帶在大電流情況下，在Au-Al鍵合系統(tǒng)中，鍵合接觸區(qū)域金層電遷移現(xiàn)象明顯，在Au-Al間容易形成“紫斑”，其產(chǎn)物成份為AuAl2，造成Au-Al鍵合時(shí)形成的合金點(diǎn)疏松和空洞化，最終鍵合力大幅下降；③金-鋁鍵合系統(tǒng)在高溫下，由于金向鋁中擴(kuò)散，Au-Al間形成“白斑”，其產(chǎn)物為Au2A1、Au5A12、Au5A1，形成一層脆而絕緣的金屬間化合物(即金鋁化合物)，這種產(chǎn)物可以使合金點(diǎn)電導(dǎo)率大幅降低，嚴(yán)重時(shí)可以形成開路；④芯片(表面金屬層為鋁層)、導(dǎo)帶(金導(dǎo)帶或銀導(dǎo)帶)、引線柱(鍍金或鍍鎳)、引線(金絲或硅鋁絲)之間，在鍵合工藝中很難兼容各自的要求厚膜導(dǎo)帶、厚膜鍵合區(qū)表面粗糙度較大，鍵合系統(tǒng)鍵合拉力和長期可靠性等質(zhì)量一致性較差的問題。因此，采用金-鋁(Au-Al)、銀-鋁(Ag-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)生產(chǎn)的多芯片組件不能應(yīng)用在高可靠的場合，鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)的鍵合質(zhì)量相對比較可靠，但與同質(zhì)鍵合系統(tǒng)相比，還是存在一定的差異，采用鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)生產(chǎn)的多芯片組件不能應(yīng)用在宇航級高可靠領(lǐng)域。經(jīng)檢索，涉及多芯片組件的專利申請件有20件，但沒有涉及同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的多芯片組件申請件、更沒有同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件的申請件。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件，將異質(zhì)鍵合改變?yōu)橥|(zhì)鍵合，提高鍵合系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)，提高所有鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性、可批量生產(chǎn)性。 為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，設(shè)計(jì)人提供的同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件，具有原有多芯片組件的底座、管腳、多層陶瓷基片(LTCC基片)、片式元件、半導(dǎo)體芯片、阻帶，片式元件、半導(dǎo)體芯片、阻帶均集成在LTCC基片的表面；與原有組件不同的是，LTCC基片的表面還集成有表面平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)，該鍵合區(qū)表面有一層淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜；LTCC基片頂層表面上的所有鍵合區(qū)表面平整；半導(dǎo)體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳鍍金端面與基片之間采用金絲鍵合。上述LTCC基片由多層陶瓷燒結(jié)而成，在每一層中均有金屬化內(nèi)層通孔和內(nèi)層導(dǎo)帶。上述平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)是經(jīng)過用貴金屬拋光液通過旋轉(zhuǎn)式拋光機(jī)整體拋光的，其平整度≤0.1 μ m ;所述淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜是用機(jī)械掩模在高真空環(huán)境下選擇性區(qū)域?yàn)R射或蒸發(fā)上去的，其厚度為1 5μm。上述LTCC基片頂層表面上的所有鍵合區(qū)的平整度控制在≤0.1 μ m。本實(shí)用新型有以下特點(diǎn):①所有鍵合系統(tǒng)均為同質(zhì)鍵合系統(tǒng)，提高了多芯片組件長期充分可靠工作的能力；②通過一次性整體化學(xué)機(jī)械拋光，提高所有鍵合區(qū)表面制備鋁薄膜厚度和質(zhì)量的一致性、均勻性，提高所有同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性，從而提高多芯片組件的批量生產(chǎn)性；③金鍵合區(qū)表面一次性拋光整平，同步提高了基片與管腳端面金-金鍵合的可靠性；④在同一金導(dǎo)帶鍵合區(qū)上形成局部鋁鍵合區(qū)，可同時(shí)兼容金絲鍵合(鍵合區(qū)與鍍金管腳之間)、硅-鋁絲鍵合(基片鍵合區(qū)與芯片鍵合區(qū)之間)，形成高可靠完美鍵合系統(tǒng)。本實(shí)用新型廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、精密儀器、通訊、工業(yè)控制等領(lǐng)域，特別適用于大功率、高可靠、宇航級、系統(tǒng)小型化等應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用空間。

圖1為同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為底座，2為管腳鍍金端面，3為金絲內(nèi)引線，4為金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)，5為半導(dǎo)體芯片，6為硅鋁絲內(nèi)引線，7為淀積的鋁薄膜，8為阻帶，9為片式元器件，10為LTCC基片，11為管腳，12為內(nèi)層通孔，13為內(nèi)層導(dǎo)帶。LTCC基片中的陶瓷片為多層，至少二層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例:同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有底座1、管腳IULTCC基片10、片式元件9、半導(dǎo)體芯片5、阻帶8，其中片式元件9、半導(dǎo)體芯片5、阻帶8均集成在LTCC基片10的表面；與原有組件不同的是，LTCC基片10表面還集成有平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)4，金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)4表面有一層淀積的鋁薄膜7 ;半導(dǎo)體芯片5的鍵合采用硅鋁絲內(nèi)引線6鍵合，管腳鍍金端面2與LTCC基片IO之間采用金絲內(nèi)引線3鍵合。LTCC基片10的每一層中均有金屬化內(nèi)層通孔12和內(nèi)層導(dǎo)帶13。平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)4的平整度≤0.1 μ m ;淀積的鋁薄膜7厚度為1 5 μ m。
權(quán)利要求1.同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件，它具有底座(I)、管腳(11)、多層陶瓷基片(10)、片式元件(9)、半導(dǎo)體芯片(5)、阻帶(8)，其中片式元件(9)、半導(dǎo)體芯片(5)、阻帶(8)均集成在多層陶瓷基片(10)的表面；其特征在于多層陶瓷基片(10)表面還集成有平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)(4)，金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)(4)的鍵合區(qū)表面有一層淀積的鋁薄膜(7);多層陶瓷基片(10)頂層表面上的所有鍵合區(qū)表面平整；半導(dǎo)體芯片(5)的鍵合采用硅鋁絲內(nèi)引線(6)鍵合，管腳鍍金端面(2)與多層陶瓷基片(10)之間采用金絲內(nèi)引線(3)鍵合。
2.如權(quán)利要求1所述的多芯片組件，其特征在于所述多層陶瓷基片(10)的每一層中均有金屬化內(nèi)層通孔(12)和內(nèi)層導(dǎo)帶(13)。
3.如權(quán)利要求1所述的多芯片組件，其特征在于所述平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)(4)的平整度< 0.1 μ m ;所述淀積的鋁薄膜(7)、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜厚度為I 5 μ m0
4.如權(quán)利要求1所述的多芯片組件，其特征在于所述多層陶瓷基片頂層表面上的所有鍵合區(qū)的平整度控制在< 0.1 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型公開了高可靠同質(zhì)鍵合系統(tǒng)多芯片組件，它具有多芯片組件的底座、管腳、多層陶瓷基片、片式元件、半導(dǎo)體芯片、阻帶，片式元件、半導(dǎo)體芯片、阻帶均集成在多層陶瓷基片的表面；不同的是，多層陶瓷基片的表面還集成有平整的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)，該鍵合區(qū)表面有一層淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜；多層陶瓷基片頂層表面上的所有鍵合區(qū)表面平整;半導(dǎo)體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳鍍鎳端面與基片之間采用金絲鍵合。本多芯片組件的金鍵合區(qū)表面一次性拋光整平，同步提高了基片與管腳端面金-金鍵合的可靠性;改善厚膜金導(dǎo)帶鍵合區(qū)與硅鋁絲的鍵合性能，提高了多芯片組件長期充分可靠的能力和批量生產(chǎn)性。
文檔編號H01L25/00GK203013716SQ201220683229
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者楊成剛, 蘇貴東 申請人:貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體有限公司