一種實現(xiàn)3d封裝芯片互連的記憶焊點的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，屬電子器件三維封裝領域；是一種具有高性能的互連焊點。該記憶焊點主要用于芯片垂直堆疊高可靠性互連焊點。
【背景技術】
[0002]三維(3D)封裝技術延續(xù)了摩爾定律的應用，成為電子工業(yè)中重要的研宄課題，3D封裝被譽為新一代的封裝技術。該技術的發(fā)展直接使電子封裝從芯片的2D平面轉向了 3D空間，芯片之間的垂直堆疊互連技術也成為3D空間的一項重要的研宄課題。
[0003]為了實現(xiàn)芯片的垂直堆疊互連，業(yè)界提出采用固-液互擴散形成金屬間化合物焊點實現(xiàn)芯片的互連，通過低熔點-高熔點金屬之間的元素互擴散形成高熔點金屬間化合物，當芯片進行二次鍵合時，一次鍵合高熔點金屬間化合物并不會熔化，可以承受后期多次芯片的堆疊鍵合以及后期的倒裝鍵合。但是由于金屬間化合物為硬脆相，因為元素的擴散金屬間化合物容易形成明顯的空洞，另外服役期間金屬間化合物焊點容易成為應力集中區(qū)，導致3D封裝結構的早期失效，金屬間化合物可靠性較低成為制約其發(fā)展和進一步應用的關鍵。因此有必要研宄3D封裝芯片互連技術，形成的高可靠性互連焊點。
[0004]目前工業(yè)界還缺乏可以實現(xiàn)3D封裝芯片堆疊互連的高可靠性互連焊點，急需進行相關研宄。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明提供一種實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，是實現(xiàn)3D封裝芯片堆疊互連的高可靠性互連焊點。
[0006]本發(fā)明是以如下技術方案實現(xiàn)的:一種實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，使用含記憶合金顆粒的錫膏，采用精密絲網(wǎng)印刷和回流焊工藝制備芯片表面凸點，在溫度235°C?255°C和壓力5MPa?1MPa條件下實現(xiàn)芯片之間的堆疊互連，形成記憶焊點。
[0007]所述的含記憶合金顆粒的錫膏是采用下述方法制備的:使用CuZnAl記憶合金顆粒和市售Sn粉，輔以混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑，采用常規(guī)錫膏制備方法制備成膏狀含記憶合金顆粒錫膏；所述CuZnAl記憶合金顆粒含量質量百分比為10?20%，(其中10?20%之間的任何一點都能構成一應用方案)，余量為Sn粉。
[0008]進一步地，所述CuZnAl記憶合金顆粒為亞微米CuZnAl記憶合金顆粒。
[0009]本發(fā)明的機理是:通過匹配合適的含亞微米記憶顆粒的焊膏，通過鍵合工藝形成記憶焊點實現(xiàn)芯片堆疊互連。對于3D封裝芯片堆疊，例如Cu-Sn-Cu鍵合，形成Cu3Sn金屬間化合物焊點，因為在金屬間化合物形成過程中，發(fā)生元素的擴散，會形成體積收縮，致使焊點內部出現(xiàn)大量的空洞。另外在服役期間，因為材料線膨脹系數(shù)的失配，焊點極容易成為應力集中區(qū)。而對于記憶焊點而言，添加亞微米的記憶顆粒，在鍵合過程中亞微米記憶顆?？梢杂袃煞矫孀饔?(I)充當形核質點，金屬間化合物會依附在亞微米記憶顆粒周圍形核，在一定的壓力和溫度條件下，容易抑制空洞的出現(xiàn)；(2)在服役期間，因為材料線膨脹系數(shù)的失配，焊點容易成為應力集中區(qū)，亞微米的記憶顆粒因為自身的記憶特性，發(fā)生變形，會將這部分應力承擔在自身上，通過變形釋放這部分應力。因此記憶焊點可以抑制空洞的出現(xiàn)，又可以釋放焊點集中的應力。因此，記憶焊點具有高的使用壽命。
[0010]上述技術方案主要解決了以下關鍵性問題:優(yōu)化微米CuZnAl記憶合金顆粒、設計焊膏成分，3D封裝芯片工藝匹配，得到高可靠性的記憶焊點。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:服役期間記憶焊點具有高的使用壽命，能滿足3D封裝的高可靠性需求。
【附圖說明】
[0012]圖1是實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點的流程圖；
[0013]圖2是金屬間化合物焊點和記憶焊點在服役期間的使用壽命。
【具體實施方式】
[0014]使用市售的Sn粉、混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑以及亞微米CuZnAl記憶合金顆粒，制備膏狀含記憶合金顆粒錫膏，采用精密絲網(wǎng)印刷和回流焊工藝在芯片表面制備凸點，在一定壓力(5MPa?1MPa)和溫度(235°C?255°C )條件下實現(xiàn)芯片的垂直堆疊互連，形成記憶焊點。具體過程如圖1所示。
[0015]實施例1
[0016]用于3D封裝芯片互連的含亞微米記憶顆粒焊膏，亞微米記憶顆粒含量為10%，余量為Sn?；旌纤上銟渲?、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑制備成焊膏。
[0017]鍵合(235°C，9MPa)后形成的記憶焊點使用壽命為2500次熱循環(huán)左右(考慮了試驗誤差)，焊膏具有優(yōu)良的可焊性。
[0018]實施例2
[0019]用于3D封裝芯片互連的含亞微米記憶顆粒焊膏，亞微米記憶顆粒含量為12%，余量為Sn。混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑制備成焊膏。
[0020]鍵合(255°C，5MPa)后形成的記憶焊點使用壽命為2850次熱循環(huán)左右(考慮了試驗誤差)，焊膏具有優(yōu)良的可焊性。
[0021]實施例3
[0022]用于3D封裝芯片互連的含亞微米記憶顆粒焊膏，亞微米記憶顆粒含量為14%，余量為Sn?；旌纤上銟渲?、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑制備成焊膏。
[0023]鍵合(245°C，1MPa)后形成的記憶焊點使用壽命為3000次熱循環(huán)左右(考慮了試驗誤差)，焊膏具有優(yōu)良的可焊性。
[0024]實施例4
[0025]用于3D封裝芯片互連的含亞微米記憶顆粒焊膏，亞微米記憶顆粒含量為16%，余量為Sn?；旌纤上銟渲?、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑制備成焊膏。
[0026]鍵合(240°C，1MPa)后形成的記憶焊點使用壽命為3500次熱循環(huán)左右(考慮了試驗誤差)，焊膏具有優(yōu)良的可焊性。
[0027]實施例5
[0028]用于3D封裝芯片互連的含亞微米記憶顆粒焊膏，亞微米記憶顆粒含量為20%，余量為Sn。混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑制備成焊膏。
[0029]鍵合(250°C，7MPa)后形成的記憶焊點使用壽命為3900次熱循環(huán)左右(考慮了試驗誤差)，焊膏具有優(yōu)良的可焊性。
[0030]實驗例:在其他成分不變的情況下，金屬間化合物和不同亞微米記憶顆粒含量記憶焊點的使用壽命。
[0031]結論:亞微米記憶顆?？梢燥@著提高記憶焊點的使用壽命，提高幅度為金屬間化合物焊點的6?10倍。
【主權項】
1.一種實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，其特征在于，使用含記憶合金顆粒的錫膏，采用精密絲網(wǎng)印刷和回流焊工藝制備芯片表面凸點，在溫度235°C?255°C和壓力5MPa?1MPa條件下實現(xiàn)芯片之間的堆疊互連，形成記憶焊點。2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，其特征在于:所述的含記憶合金顆粒的錫膏是采用下述方法制備的:使用CuZnAl記憶合金顆粒和市售Sn粉，輔以混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑，采用常規(guī)錫膏制備方法制備成膏狀含記憶合金顆粒錫膏；所述CuZnAl記憶合金顆粒含量質量百分比為10?20%，余量為Sn粉。3.根據(jù)權利要求2所述的實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，其特征在于:所述CuZnAl記憶合金顆粒為亞微米CuZnAl記憶合金顆粒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)3D封裝芯片互連的記憶焊點，屬于電子器件三維封裝領域。使用市售的Sn粉、混合松香樹脂、觸變劑、穩(wěn)定劑、活性輔助劑和活性劑以及亞微米CuZnAl記憶合金顆粒，制備膏狀含記憶合金顆粒錫膏，采用精密絲網(wǎng)印刷和回流焊工藝在芯片表面制備凸點，在一定壓力(5MPa～10MPa)和溫度(235℃～255℃)條件下實現(xiàn)芯片的垂直堆疊互連，形成記憶焊點。
【IPC分類】H01L21/60, H01L23/488
【公開號】CN104979319
【申請?zhí)枴緾N201510335335
【發(fā)明人】張亮, 孫磊, 郭永環(huán)
【申請人】江蘇師范大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月16日