將銀納米材料嵌入到裸片背側(cè)中以增強(qiáng)封裝性能及可靠性的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)案涉及將銀納米材料嵌入到裸片背側(cè)中以增強(qiáng)封裝性能及可靠性。本發(fā)明涉及一種用于有效地增強(qiáng)半導(dǎo)體封裝，尤其經(jīng)層壓封裝的電和熱性能的方法和設(shè)備，其中可不使用可燒結(jié)材料。本發(fā)明的概念是將可為納米粒子、納米片、納米線等的銀或銀涂覆納米材料嵌入裸片背側(cè)中以改進(jìn)裸片與裸片附著材料之間的界面，從而經(jīng)由燒結(jié)來增強(qiáng)電和熱性能并且通過改進(jìn)粘附來增強(qiáng)可靠性。
【專利說明】將銀納米材料嵌入到裸片背側(cè)中以增強(qiáng)封裝性能及可靠性

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中所描述的發(fā)明一般來說涉及半導(dǎo)體裝置封裝及相關(guān)聯(lián)裸片附著方法。明確地說，本發(fā)明涉及成本效益以及在以經(jīng)模制封裝實(shí)施時(shí)提供較好電及熱性能的抗脫層封裝及封裝方法。本文中的原理還適用于其它半導(dǎo)體封裝及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明一般來說涉及集成電路(IC)的封裝。更明確地說，裸片與裸片附著材料之間的界面經(jīng)工程處理以減少裸片與裸片附著墊之間的脫層并改進(jìn)電及熱性能，從而增強(qiáng)封裝可靠性。
[0003]存在用于封裝集成電路(IC)裸片的若干種常規(guī)工藝。以實(shí)例方式，許多IC封裝利用金屬引線框架。引線框架通常包含多個(gè)引線或觸點(diǎn)及任選地裸片附著墊(板)，裸片可借助于適合粘合劑材料物理附著于所述裸片附著墊上。裸片通常通過適當(dāng)連接器(例如接合線)電連接到引線框架引線。一般來說，裸片及引線框架的部分用模制材料來囊封以保護(hù)電連接及裸片的作用側(cè)上的微小電組件。
[0004]在測(cè)試及操作期間，封裝可重復(fù)地暴露于溫度循環(huán)及其它環(huán)境應(yīng)力。以實(shí)例方式，一些測(cè)試協(xié)議需要在高達(dá)150°C與低到_65°C的溫度之間循環(huán)。溫度的此些極端改變可導(dǎo)致裸片從裸片附著墊的脫層，此又可導(dǎo)致不良電及熱性能、附著到裸片表面上的接合墊的線接合的剪切及其它問題。
[0005]鑒于前述內(nèi)容，仍需繼續(xù)努力以減小裸片脫層的可能性及IC封裝中的其它損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下呈現(xiàn)簡(jiǎn)化概要，以便提供對(duì)本發(fā)明的一或多個(gè)方面的基本理解。此概要并非本發(fā)明的擴(kuò)展概述，且既不打算識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵性或決定性元素，也不打算描寫其范圍。而是，所述概要的主要目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，以作為稍后所呈現(xiàn)的較詳細(xì)說明的前言。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種設(shè)備。所述設(shè)備包括:半導(dǎo)體裸片，其具有頂側(cè)及背側(cè)；多個(gè)腔，其在所述半導(dǎo)體裸片的所述背側(cè)中，其中所述多個(gè)腔中的每一者含有嵌入式銀結(jié)構(gòu)；襯底，其具有頂側(cè)及背側(cè)；實(shí)質(zhì)上均勻的銀填充裸片附著粘合劑層，其在所述襯底的所述頂側(cè)上；其中在維持所述裸片的頂部表面與所述襯底的頂部表面平行的同時(shí)將集成電路裸片的所述背側(cè)定位于裸片附著粘合劑上；且其中所述半導(dǎo)體裸片通過將嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子燒結(jié)到裸片附著粘合劑中的所述銀而機(jī)械附著到所述襯底。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種將半導(dǎo)體裸片附著到襯底的方法包括以下步驟:提供含有集成電路的半導(dǎo)體晶片，其中所述晶片具有頂側(cè)及背側(cè)；將含有銀粒子的油墨印刷到所述晶片的所述背側(cè)；使用金屬輔助化學(xué)蝕刻在所述晶片的所述背側(cè)上蝕刻多個(gè)腔以將銀粒子嵌入所述晶片的所述背側(cè)中的所述多個(gè)腔中；將所述半導(dǎo)體晶片分離成個(gè)別集成電路裸片；提供具有頂側(cè)及背側(cè)的襯底；將實(shí)質(zhì)上均勻的銀粒子填充粘合劑層施加到所述襯底的所述頂側(cè)；在維持所述裸片的頂部表面與所述襯底的頂部表面平行的同時(shí)將集成電路裸片的所述背側(cè)定位于所述裸片附著粘合劑上；及將嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子燒結(jié)到裸片附著粘合劑中的所述銀以將所述集成電路裸片機(jī)械附著到所述襯底。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含安裝到引線框架或經(jīng)層壓襯底上的裸片的所關(guān)注區(qū)的擴(kuò)展視圖的橫截面圖。
[0010]圖2到圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而形成的晶片的制作的步驟的圖解。
[0011]圖5是硅晶片中的局部區(qū)域的金屬輔助化學(xué)蝕刻的圖解。
[0012]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于工程處理裸片背側(cè)及將裸片安裝到襯底(引線框架或經(jīng)層壓襯底)的工藝的流程圖。
[0013]在圖式中，相似元件符號(hào)有時(shí)用以標(biāo)示相似結(jié)構(gòu)元件。還應(yīng)了解，各圖中的描繪為示意性的且并非按比例繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0014]參考附圖描述本發(fā)明。所述各圖未按比例繪制且其僅為圖解說明本發(fā)明而提供。下文參考用于圖解說明的實(shí)例應(yīng)用來描述本發(fā)明的幾個(gè)方面。應(yīng)理解，眾多特定細(xì)節(jié)、關(guān)系和方法經(jīng)陳述以提供對(duì)本發(fā)明的理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到，可在不具有特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或借助其它方法來實(shí)踐本發(fā)明。在其它例子中，未詳細(xì)展示眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作以避免使本發(fā)明模糊。本發(fā)明不限于動(dòng)作或事件的所圖解說明次序，因?yàn)橐恍﹦?dòng)作可以不同次序發(fā)生和/或與其它動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。此外，未必需要所有所圖解說明動(dòng)作或事件來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0015]本發(fā)明一般來說涉及集成電路的封裝。如背景部分中所闡釋，集成電路(IC)封裝的測(cè)試和操作可使封裝經(jīng)受溫度極限和其它應(yīng)力。這些應(yīng)力可導(dǎo)致脫層且使封裝的性能降級(jí)。本發(fā)明提供經(jīng)設(shè)計(jì)以幫助抵消這些應(yīng)力和減少脫層且改進(jìn)電和熱性能的半導(dǎo)體封裝和方法。
[0016]接下來參考圖1，將描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的經(jīng)改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖1圖解說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，其中裸片借助于銀填充粘合劑聚合物而固定到裸片墊。裸片的底部表面與裸片墊的頂部表面之間的粘合劑的厚度是跨越裸片的整個(gè)寬度相對(duì)均勻。裸片的底部表面包含含有銀納米粒子的多個(gè)腔。
[0017]銀填充粘合劑聚合物與含有銀粒子的裸片的背面之間的接合是通過在一溫度下使粘合劑聚合物固化而獲得，其中裸片的背側(cè)中的銀粒子與填充于聚合物中的銀燒結(jié)在一起以形成銀裸片接合。固化溫度通常為180°C或180°C以上。
[0018]所嵌入銀納米材料與粘合劑聚合物中的銀填充物之間的燒結(jié)增強(qiáng)組合件的電及熱性能。同時(shí)，接合面積的增加及裸片背側(cè)與粘合劑聚合物之間的機(jī)械互鎖可實(shí)質(zhì)上增加界面處的粘附，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的封裝性能及可靠性。
[0019]現(xiàn)在將參考圖2到6描述本發(fā)明的實(shí)施例。將描述在裸片、裸片附著材料及裸片墊周圍且與其有關(guān)的區(qū)域的特定實(shí)施例。更明確地說，脫層以及不良電及熱性能主要位于裸片與裸片附著材料界面處。增加裸片附著材料中的銀填充物的百分比可改進(jìn)熱性能，但其具有其限制。當(dāng)銀填充物的百分比增加時(shí)，粘度將顯著增加且導(dǎo)致可制造性問題，例如不良施配性能。此外，高填充物百分比將增加粘合劑聚合物的模量且導(dǎo)致界面處的高應(yīng)力及脫層。將嵌入裸片中的銀粒子燒結(jié)到裸片附著材料中的銀粒子對(duì)于增強(qiáng)電及熱性能是關(guān)鍵的，且裸片背側(cè)上所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)將有效地防止裸片-裸片附著材料界面處的脫層。界面處的脫層將相當(dāng)大地降低熱性能。因此，改進(jìn)界面處的粘附又將增強(qiáng)在應(yīng)力條件下的電及熱性能。
[0020]圖2是具有頂部及背側(cè)201表面的半導(dǎo)體晶片200的示范性樣本。
[0021]圖3圖解說明銀納米材料到晶片200的背側(cè)201的施加?？梢远喾N方法實(shí)現(xiàn)施加。在此特定實(shí)施例中，通過將商業(yè)上可獲得的銀油墨印刷到晶片的背側(cè)上而施加粒子。接著使油墨變干以使揮發(fā)性懸浮溶媒蒸發(fā)。
[0022]圖4展示銀納米粒子通過金屬輔助化學(xué)蝕刻從晶片背側(cè)表面向下蝕刻到晶片中。
[0023]圖5是金屬輔助化學(xué)蝕刻工藝的示意性圖解。金屬輔助化學(xué)蝕刻通常通過將晶片浸入到由HF及H2O2構(gòu)成的蝕刻劑中或?qū)⑽g刻劑施加到晶片背側(cè)上而進(jìn)行?？山柚【酆衔锬肀Ｗo(hù)電路的作用側(cè)。重要的是，銀納米材料應(yīng)保留在頂部表面上以允許發(fā)生銀納米材料與粘合劑聚合物中的銀填充物之間的燒結(jié)。在此特定實(shí)施例中，使用化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)蝕刻:
[0024]Si+2H202+6HF — H2SiF6+2H20+H2
[0025]如圖5中的圖解中所展示，金屬催化劑(銀)和半導(dǎo)體界面分別用于陰極及陽極。經(jīng)由金屬催化劑，電荷注入從溶液到襯底持續(xù)不斷且通過陰極反應(yīng)及陽極反應(yīng)而平衡電荷。用于反應(yīng)(銀納米粒子)的局部位置的存在界定蝕刻機(jī)構(gòu)的選擇性。
[0026]接下來參考圖6中所呈現(xiàn)的流程圖600，將描述用于形成具有良好的電和熱性能以及裸片-裸片附著界面處的低脫層的封裝的一種適合方法。除非另有明確指示，否則可同時(shí)或以任何次序執(zhí)行以下所描述的操作。操作可添加到流程圖600或從流程圖600移除。
[0027]步驟601涉及提供含有集成電路裸片的半導(dǎo)體晶片，所述半導(dǎo)體晶片具有頂側(cè)和底側(cè)。
[0028]步驟602涉及利用印刷工藝將銀粒子沉積于半導(dǎo)體晶片的背側(cè)上，其中印刷工藝將含有銀粒子的油墨印刷于晶片上。接著使油墨變干以允許油墨中的懸浮溶媒蒸發(fā)，從而在晶片的背側(cè)上留下銀粒子，其中銀可呈納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的形式。
[0029]步驟603涉及使用金屬輔助蝕刻在晶片的背側(cè)中蝕刻腔以將銀納米粒子嵌入晶片的背側(cè)中。晶片的背側(cè)中所形成的腔通常小于5um深。
[0030]步驟604涉及使用選自鋸割、劃片及斷裂或激光切割的任一方法來分離裸片。
[0031]步驟605涉及將相對(duì)均勻的銀填充粘合劑聚合物層沉積到襯底。所述襯底可為引線框架、經(jīng)層壓或陶瓷封裝，其中銀可呈納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的形式。
[0032]步驟606涉及在維持裸片的頂部表面與襯底的頂部表面平行的同時(shí)使用裸片附著粘合劑將集成電路裸片的背側(cè)附著到襯底上。
[0033]步驟607涉及加熱組合件以將嵌入裸片的背側(cè)中的納米粒子燒結(jié)到裸片附著粘合劑中的銀。
[0034]具有高導(dǎo)熱性的裸片附著及銀可燒結(jié)裸片附著是非常昂貴的。工程處理裸片與裸片附著之間的界面有效地改進(jìn)封裝的電及熱性能。燒結(jié)及改進(jìn)本文中所描述的界面處的粘附將使得低成本裸片附著材料的使用能夠有效地減小用于其中需要電及熱性能的封裝的界面電阻及熱阻。
[0035]雖然上文已描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解，所述實(shí)施例僅以實(shí)例方式且不以限制方式呈現(xiàn)。在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可根據(jù)本文中的揭示內(nèi)容對(duì)所揭示實(shí)施例做出眾多改變。因此，本發(fā)明的廣度及范圍不應(yīng)受上文所描述實(shí)施例中的任一者限制。而是，本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)所附權(quán)利要求書及其等效物來界定。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包括: 半導(dǎo)體裸片，其具有頂側(cè)和背側(cè)； 多個(gè)腔，其在所述半導(dǎo)體裸片的所述背側(cè)中，其中所述多個(gè)腔中的每一者含有嵌入式銀結(jié)構(gòu)； 襯底，其具有頂側(cè)和背側(cè)； 實(shí)質(zhì)上均勻的銀填充裸片附著粘合劑層，其在所述襯底的所述頂側(cè)上； 其中在維持所述裸片的頂部表面與所述襯底的頂部表面平行的同時(shí)將集成電路裸片的所述背側(cè)定位于裸片附著粘合劑上；和 其中所述半導(dǎo)體裸片通過將嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子燒結(jié)到裸片附著粘合劑中的所述銀而機(jī)械附著到所述襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述銀填充裸片附著粘合劑是具有銀填充物的聚合物，其中所述銀填充物選自銀納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的群組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子選自銀納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的所述群組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底選自引線框架、經(jīng)層壓襯底或陶瓷襯底的群組。
5.一種將半導(dǎo)體裸片附著到襯底的方法，其包括以下步驟: 提供含有集成電路的半導(dǎo)體晶片，其中所述晶片具有頂側(cè)和背側(cè)； 將含有銀粒子的油墨印刷到所述晶片的所述背側(cè)； 使用金屬輔助化學(xué)蝕刻在所述晶片的所述背側(cè)上蝕刻多個(gè)腔以將銀粒子嵌入所述晶片的所述背側(cè)中的所述多個(gè)腔中； 將所述半導(dǎo)體晶片分離成個(gè)別集成電路裸片； 提供具有頂側(cè)和背側(cè)的襯底； 將實(shí)質(zhì)上均勻的銀粒子填充粘合劑層施加到所述襯底的所述頂側(cè)； 在維持所述裸片的頂部表面與所述襯底的頂部表面平行的同時(shí)將集成電路裸片的所述背側(cè)定位于所述裸片附著粘合劑上；和 將嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子燒結(jié)到裸片附著粘合劑中的所述銀以將所述集成電路裸片機(jī)械附著到所述襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述銀填充裸片附著粘合劑是具有銀填充物的聚合物，其中所述銀填充物選自銀納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的群組。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中嵌入裸片的背側(cè)中的所述銀粒子選自銀納米粒子、納米線、納米片或銀粒子的所述群組。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述襯底選自引線框架、經(jīng)層壓襯底或陶瓷襯底的群組。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK104465455SQ201410462624
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張榮偉 申請(qǐng)人:德州儀器公司