专利名称：高可靠同质键合系统多芯片组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多芯片组件(简称MCM)，进一步来说，涉及同质键合系统多芯片组件。
背景技术：
原有的多芯片组件集成技术中，是在厚膜低温多层共烧陶瓷基片(简称LTCC基片)上，采用丝网印刷的方式，将金浆、银浆或钯-银浆料等导体浆料、钌系电阻浆料，按顶层布图设计的要求，在LTCC基片上形成导带、阻带图形，经高温烧结后成型。在导带的端头、或指定的地方，形成键合区域、半导体芯片组装区域、或其它片式元器件组装区域，其余区域(包括厚膜阻带)用玻璃铀绝缘层进行表面保护。在基片上进行半导体芯片、其他片式元器件的组装，芯片(通常为铝键合区)、导带(通常为金或银键合区)、管脚(通常为金或镍键合区)之间采用金丝或硅-铝丝进行键合联接，形成完整的电路连接，由此形成的键合系统为金-铝(Au-Al)、银-铝(Ag-Al)或镍-铝(N1-Al)异质键合系统。原有技术的缺陷或存在的主要问题如下:①银导带、钯银导带中，银容易氧化，且在长期通电情况下，容易产生电迁移现象，严重影响器件的可靠性，通常表现为键合强度衰退 级金导带在大电流情况下，在Au-Al键合系统中，键合接触区域金层电迁移现象明显，在Au-Al间容易形成“紫斑”，其产物成份为AuAl2，造成Au-Al键合时形成的合金点疏松和空洞化，最终键合力大幅下降；③金-铝键合系统在高温下，由于金向铝中扩散，Au-Al间形成“白斑”，其产物为Au2A1、Au5A12、Au5A1，形成一层脆而绝缘的金属间化合物(即金铝化合物)，这种产物可以使合金点电导率大幅降低，严重时可以形成开路；④芯片(表面金属层为铝层)、导带(金导带或银导带)、引线柱(镀金或镀镍)、引线(金丝或硅铝丝)之间，在键合工艺中很难兼容各自的要求厚膜导带、厚膜键合区表面粗糙度较大，键合系统键合拉力和长期可靠性等质量一致性较差的问题。因此，采用金-铝(Au-Al)、银-铝(Ag-Al)异质键合系统生产的多芯片组件不能应用在高可靠的场合，镍-铝(N1-Al)异质键合系统的键合质量相对比较可靠，但与同质键合系统相比，还是存在一定的差异，采用镍-铝(N1-Al)异质键合系统生产的多芯片组件不能应用在宇航级高可靠领域。经检索，涉及多芯片组件的专利申请件有20件，但没有涉及同质键合系统的多芯片组件申请件、更没有同质键合系统多芯片组件的申请件。
发明内容本实用新型的目的是提供同质键合系统多芯片组件，将异质键合改变为同质键合，提高键合系统的可靠性，同时，提高所有键合系统的质量一致性、可批量生产性。 为实现上述目标，设计人提供的同质键合系统多芯片组件，具有原有多芯片组件的底座、管脚、多层陶瓷基片(LTCC基片)、片式元件、半导体芯片、阻带，片式元件、半导体芯片、阻带均集成在LTCC基片的表面；与原有组件不同的是，LTCC基片的表面还集成有表面平整的金导带/金键合区，该键合区表面有一层淀积的铝薄膜、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜；LTCC基片顶层表面上的所有键合区表面平整；半导体芯片的键合采用硅-铝丝键合，管脚镀金端面与基片之间采用金丝键合。上述LTCC基片由多层陶瓷烧结而成，在每一层中均有金属化内层通孔和内层导带。上述平整的金导带/金键合区是经过用贵金属抛光液通过旋转式抛光机整体抛光的，其平整度≤0.1 μ m ;所述淀积的铝薄膜、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜是用机械掩模在高真空环境下选择性区域溅射或蒸发上去的，其厚度为1 5μm。上述LTCC基片顶层表面上的所有键合区的平整度控制在≤0.1 μ m。本实用新型有以下特点:①所有键合系统均为同质键合系统，提高了多芯片组件长期充分可靠工作的能力；②通过一次性整体化学机械抛光，提高所有键合区表面制备铝薄膜厚度和质量的一致性、均匀性，提高所有同质键合系统的质量一致性，从而提高多芯片组件的批量生产性；③金键合区表面一次性抛光整平，同步提高了基片与管脚端面金-金键合的可靠性；④在同一金导带键合区上形成局部铝键合区，可同时兼容金丝键合(键合区与镀金管脚之间)、硅-铝丝键合(基片键合区与芯片键合区之间)，形成高可靠完美键合系统。本实用新型广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、通讯、工业控制等领域，特别适用于大功率、高可靠、宇航级、系统小型化等应用领域，具有广阔的市场前景和应用空间。
图1为同质键合系统多芯片组件结构示意图。图中，1为底座，2为管脚镀金端面，3为金丝内引线，4为金导带/金键合区，5为半导体芯片，6为硅铝丝内引线，7为淀积的铝薄膜，8为阻带，9为片式元器件，10为LTCC基片，11为管脚，12为内层通孔，13为内层导带。LTCC基片中的陶瓷片为多层，至少二层。
具体实施方式
实施例:同质键合系统多芯片组件，其结构如图1所示，具有底座1、管脚IULTCC基片10、片式元件9、半导体芯片5、阻带8，其中片式元件9、半导体芯片5、阻带8均集成在LTCC基片10的表面；与原有组件不同的是，LTCC基片10表面还集成有平整的金导带/金键合区4，金导带/金键合区4表面有一层淀积的铝薄膜7 ;半导体芯片5的键合采用硅铝丝内引线6键合，管脚镀金端面2与LTCC基片IO之间采用金丝内引线3键合。LTCC基片10的每一层中均有金属化内层通孔12和内层导带13。平整的金导带/金键合区4的平整度≤0.1 μ m ;淀积的铝薄膜7厚度为1 5 μ m。
权利要求1.同质键合系统多芯片组件，它具有底座(I)、管脚(11)、多层陶瓷基片(10)、片式元件(9)、半导体芯片(5)、阻带(8)，其中片式元件(9)、半导体芯片(5)、阻带(8)均集成在多层陶瓷基片(10)的表面；其特征在于多层陶瓷基片(10)表面还集成有平整的金导带/金键合区(4)，金导带/金键合区(4)的键合区表面有一层淀积的铝薄膜(7);多层陶瓷基片(10)顶层表面上的所有键合区表面平整；半导体芯片(5)的键合采用硅铝丝内引线(6)键合，管脚镀金端面(2)与多层陶瓷基片(10)之间采用金丝内引线(3)键合。
2.如权利要求1所述的多芯片组件，其特征在于所述多层陶瓷基片(10)的每一层中均有金属化内层通孔(12)和内层导带(13)。
3.如权利要求1所述的多芯片组件，其特征在于所述平整的金导带/金键合区(4)的平整度< 0.1 μ m ;所述淀积的铝薄膜(7)、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜厚度为I 5 μ m0
4.如权利要求1所述的多芯片组件，其特征在于所述多层陶瓷基片顶层表面上的所有键合区的平整度控制在< 0.1 μ m。
专利摘要本实用新型公开了高可靠同质键合系统多芯片组件，它具有多芯片组件的底座、管脚、多层陶瓷基片、片式元件、半导体芯片、阻带，片式元件、半导体芯片、阻带均集成在多层陶瓷基片的表面；不同的是，多层陶瓷基片的表面还集成有平整的金导带/金键合区，该键合区表面有一层淀积的铝薄膜、或镍-铬-铝或铬-铜-铝复合薄膜；多层陶瓷基片顶层表面上的所有键合区表面平整;半导体芯片的键合采用硅-铝丝键合，管脚镀镍端面与基片之间采用金丝键合。本多芯片组件的金键合区表面一次性抛光整平，同步提高了基片与管脚端面金-金键合的可靠性;改善厚膜金导带键合区与硅铝丝的键合性能，提高了多芯片组件长期充分可靠的能力和批量生产性。
文档编号H01L25/00GK203013716SQ201220683229
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者杨成刚, 苏贵东 申请人:贵州振华风光半导体有限公司