[其他]半導體芯片附著裝置

無效

• 申請號: 86101652
• 申請日: 1986-03-14
• 公開（公告）號: CN86101652A
• 公開（公告）日: 1986-11-12
• 發明（設計）人: 邁克爾·J·普約;米利斯·C·費斯特;納倫德拉·N·辛格迪奧;迪帕克·馬胡利卡;薩特亞姆·C·奇魯庫里
• 申請（專利權）人: 奧林公司
• 主分類號: H01L23/02
• 分類號: H01L23/02;H01L23/12;H01L21/58
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙越

盡管本發明有著廣泛的應用，但特別適用于半導體芯片附著裝置，下面將特別就此描述。更確切地說是將一金屬緩沖層插置于金屬襯底和半導體芯片之間，以消散由熱照射引起的熱或機械應力。

半導體芯片一般是用各種金屬或聚合物的焊料密封在氣密的外殼中。這些焊料通常是在相當高的溫度下熔化，為的是使它們能經受密封氣密的外殼所需要的處理溫度，即400℃以上。典型的焊料和技術已在題為“焊劑與封裝的密封材料”（“Die????Bonding????&????Packing????Sealoing????Matenals”）文中公開，它是由辛格爾（Singer），1983年12月發表在國際半導體（Semiconductor????lnternational）中以及用于芯片附著裝置的新的金屬系列（“A????new????Metal????sgstem????for????Die????Attachment”）文中，它是由溫德爾等所著，發表在“技術程序進展”國際年刊，電子封裝會議，1982年第2期，第715-727頁中（by????Winder????et????al.in????Proc。Tech.Program-Aunu.lnt.，ELectron.Pbckag.Conf????ZND，1982，Pages????715-727）。也在美國專利號為3，593，412中公開了一個唯一的附著裝置。

在一個典型的裝配操作中，將一半導體芯片或集成電路置于一個裝有焊料的底座的凹槽中。然后，將底座加熱的熔化焊料，同時將芯片粘到底座的凹槽中。接著，將凹槽蓋蓋上，再加熱，使蓋與底座封緊，形成一個芯片的氣密外殼。蓋的密封溫度一般約在400℃到450℃之間。這種形式的工藝實例已在美國專利號為4，229，758和號為4，487，638中公開。

當氣密的半導體封裝的底座和蓋采用金屬諸如某些銅合金時，半導體芯片一般的是硅，直接附著到金屬襯底上。和下述情況，即底座與芯片的熱膨脹系數（CTE）低度的不匹配，這對通常的陶瓷封裝常是如此，有所不同的是：而金屬底座之間的熱膨脹系數的不匹配度很大，即約100到約130×10^-7英寸/英寸/度（in/in/℃）。相比之下氧化鋁和硅之間熱膨脹系數的不匹配度大約只有15×10^-7英寸/英寸/度。

在熱循環中CTE不匹配的結果導致大的應變和熱應力的形成。例如。當一個硅芯片用通常含2%金的硅焊封金屬附著到一金屬襯底上，大約在400℃的溫度對其處理。在芯片附著到襯底上之后，將其冷卻到室溫。經常的是，由于它們的CTE不匹配而產生熱應力使芯片不是破裂就是從襯底的接處分離。

熱膨脹系數很不匹配所引起的問題在不少實驗中出現過，例如一有銀涂層的硅芯片直接附著到一鍍金的銅合金的襯底上。此襯底的熱膨脹系數約為170×10^-7英寸/英寸/度。密封或焊接材料既可是通常的含2%金的硅的芯片附著含金或者是一種焊料，它含約25%的銀，10%的銻和余下的為錫。用含2%金的硅使有銀涂層的硅芯片附著到銅合金的襯底上，沒能成功，這是因為芯片在冷卻至室溫時一般地都斷裂，此斷裂是由于芯片和銅合金底座兩者的熱膨脹系數的極大不匹配即約120×10^-7英寸/英寸/度所造成。

相比之下，芯片附著裝置配以較柔順的焊料獲得成功。然而，芯片在五個熱沖擊實驗循環后開始斷裂，實驗中器件是在液體中從室溫加熱到150℃，然后在液體中冷卻至-650℃。這個芯片附著裝置經受這種形式的熱沖擊試驗至少要15個循環才能符合MIL-STD-883B，方法10????1103，條件C。

為將半導體芯片附著到一個襯底上并能經受芯片和襯底在熱循環中導致的應力而提供的一個半導體芯片的附著裝置，是本發明的根本問題。

本發明的優點是提供一半導體芯片附著裝置和避免上述結構中一個或更多限制和缺點的附著工藝。

本發明的進一步優點是，提供一個半導體芯片附著裝置和能消除在半導體芯片和襯底之間形成的熱應力的附著工藝。

本發明更進一步的優點是，提供一個半導體芯片附著裝置和附著工藝，其中在半導體芯片和襯底之間設置一個緩沖部件，這樣，提供了一個應力衰減通道以消除熱應力。

本發明的另一個優點是，提供了一個半導體芯片附著裝置和附著工藝，其中的緩沖部件是銀-錫合金。

另一個仍為本發明的優點是，提供一個半導體芯片附著裝置和附著工藝，其中的緩沖部件是一條鎳-鐵帶用銀-錫合金焊接。