(例如使用氩/氢复合物)来减小金属氧化物层210的厚度。氧化物的优选厚度取决于在金属基板204上生长出氧化物时金属基板204的化学性质。如以下参考图2b描述的，金属氧化物层210可以具有比金属基板204低的表面能，从而形成更有效的阻挡或掩模，以阻碍或减小焊剂208在回流过程中的流出。
[0042]金属氧化物层210可以以任何已知的方式形成，包括在烘箱中将金属基板204暴露在热量中，或者通过任何其他手段。在一个示例中，铜的金属基板可以在有空气的情况下，暴露在范围为约50°C至250°C中的任意温度，例如150°C至250°C或者175°C至200°C，并达到预定的时间，以提供具有所需厚度的铜氧化物层。由于所使用的热处理过程，氧化物层可能典型地具有热生长氧化物的形态，亦即实际上高于室温的温度下所生长的氧化物。空气中的氧可以认为是反应气体。预定的时间可以在5到60分钟的范围内，在一些示例中在15到30分钟的范围内。可以理解的是，对于其他反应气体和材料，可以使用不同的温度和时间。此外，可以理解的是，所使用的温度会影响欲形成所需属性(如厚度)的金属氧化物层210应当使用的时间，反之亦然。
[0043]优选地，根据所氧化的材料，如所知地，金属氧化物层的厚度可以自动地或手动地通过监测金属氧化物层的颜色并将其与比色图表相比较而确定。
[0044]应当理解，基于金属的复合物层不必然地是氧化物，其他示例，包括金属硫化物层和金属氮化物层也可行。金属基板可以被暴露于任何反应气体，以提供该基于金属的复合物层。
[0045]还应当理解，金属基板可以包括任何适合于在其上形成基于金属的复合物的导电材料。示例的导电材料包括铜、不锈钢、镍和任何可被氧化的金属。
[0046]在金属氧化物层210被形成在金属基板204上之后，倒装芯片202被置于金属基板204上，如图2a所示，从而焊接凸块206与金属氧化物层210的接触区域相接触。金属氧化物层210的接触区域的位置可以与其下的金属基板204上倒装芯片202将要贴附的芯片焊盘相对应。
[0047]焊接凸块206随后被加热，从而金属氧化物层210的接触区域在焊剂208的作用下分解。应当理解的是，焊剂208已知地可以腐蚀/分解金属氧化物。从以下图2b的描述也能够理解地，焊接凸块206的加热是回流焊过程的一部分，回流焊引起焊接凸块206在倒装芯片202与金属基板208之间形成电性连接。
[0048]如图2b所示，金属氧化物层210的存在可以为焊剂208沿着与金属基板204的平面平行的方向流出提供阻挡。这可能是由于金属氧化物层210的减小的表面能(与没有或较薄的金属氧化物层时金属基板的表面能相比)。该减小的表面能降低了金属氧化物层210的润湿。当与图1b中所示的结果相比时，这将使得焊剂流出/偏离(接触定位的)减弱或最小化。亦即，图2b中焊料206与焊剂208的横向扩张(dX2)比图1b中的横向扩张(dX)要小。所得到在金属基板204上的焊料206的表面面积从而也会得以减小。进一步地，由于焊剂208流出的减小，金属基板204上倒装芯片高度(dZ2)的降低也会比图1b中的要少。
[0049]在金属氧化物层210的接触区域上的焊剂会在回流过程中逐步分解氧化物，形成从金属基板204到倒装芯片202的无变形的互连。
[0050]在金属基板204上金属氧化物层210的使用可以从而得到改善定义的焊剂尺寸控制，以及也可以实现对于将置于金属基板204上的倒装芯片202的倾斜、旋转、XY位移和共面性的增强的控制。
[0051]由于回流过程中焊剂表面变化的减小，金属氧化物层210的使用还可以实现倒装芯片202在金属基板204上的精确的定位。亦即，焊剂208的中心位置可以更好地被控制，以及从而实现更佳的焊料-焊剂匹配。并且，也可以实现引线几何变化的不敏感性的改善。进一步地，可以增大焊剂应用的工艺窗口，从而可以允许更宽的焊剂尺寸变化。
[0052]图3所示的是焊剂/焊料流出的量随施加到金属基板上的氧化的水平而变化的四个例子。在每个示例中，虚线所示的表示回流的焊料的轮廓。图3中从左向右，预氧化的水平升高。可以理解的是，以下所述的关于图3中的各个特定的时间都仅为示例，对于不同的材料，可以使用不同的时间。
[0053]图3中最左边的第一个示例所示的是，在没有预氧化的情况下，出现了相对大的流出面积320，并且还显示了接触金属基板的焊接区域相对于回流前的焊接凸块是如何被偏移/脱位的。
[0054]图3中第二个示例显示，在小量的预氧化情况下，流出面积322相比于第一示例而言变小了，并且显示接触金属基板的焊接区域的中心的位移减小了。第二示例中的氧化是通过将金属基板暴露于高温中2分钟而形成的。
[0055]图3中的第三示例显示，在中等量的预氧化情况下，流出面积324进一步变小，并显示接触金属基板的焊接区域的中心的位移进一步减小。第三示例中的氧化是通过将金属基板暴露于高温中15分钟而形成的。
[0056]图3中第四个示例显示，在高度预氧化的情况下，流出面积326基本上与回流前焊接凸块的形状相对应，也导致了即使有任何脱位的话，焊接区域中心的位移也很小。第四示例中的氧化是通过将金属基板暴露于高温中30分钟而形成的。
[0057]图3中的示例显示了如何通过使用预氧化层来实现焊剂位置控制的改善。焊剂流出以及中心位置的控制改善，可以实现更高的元件安置精度，进而在倒装芯片与金属基板之间不易发生间歇接触的问题。
[0058]进一步地，置于具有改善的均一性的焊剂-凸块组合体之上的倒装芯片，可以显示出相对于金属基板的面平行上的显著增强。
[0059]使用氧化层的另一优势在于从封材到金属基板或引线框架的粘着力的增大，其可以实现更佳的封装分层性能，从而实现整体质量的提升。通过该提升，可以提高制造良率，并降低整体成本。这种低成本解决方案可以进一步得到增强，因为可以不需要那些本用于控制焊接性能的昂贵的焊料掩模及其相应的工艺步骤。
[0060]图4所示的是一种将电子元件贴附到金属基板的方法。如以上示例所述的，该电子元件可以是倒装芯片。该电子元件包括暴露的焊接区域，在其上可以形成具有焊料层的焊接凸块。
[0061]该方法包括，步骤402，在基板上形成基于金属的复合物层。该基于金属的复合物层可以是氧化物，其通过将金属基板暴露于空气中的氧而形成。步骤404，将电子元件置于金属基板上，从而焊接区域与基于金属的复合物层的接触区域相接触。步骤406，加热焊接区域，从而基于金属的复合物层分解，并且焊接区域形成为电子元件与金属基板之间的电连接。
[0062]氧化层的使用可认为是与一些示例中的教示是相反的，在彼等示例中，金属基板或引线框架由有机可焊性保护剂进行保护，以防止氧化，在保存或者运输中认为这是有用的，但预期地会导致可焊接性的问题。本发明的发明人则发现，使用合适的氧化层可以改善后续焊接回流过程的结果。
[0063]此外，在回流焊炉工艺中，如果形成的氧化层的话，也可能比以上所述的氧化层薄得多，这是因为回流过程可能是在保护气体中进行的。如果在回流过程中氧的水平过量，则可以预期的是后续连接的失效，以及导致质量问题。相反地，本发明示例实施方式中，在回流之前使用在金属基板上的基于金属的氧化物(或其他复合物)层，提供了焊料掩模的替代物，更为经济，并形成了更可靠、高质量的互连。
【主权项】
1.一种将电子元件贴附到金属基板的方法，其特征在于，所述电子元件包括提供在暴露的焊接区域的焊料，所述方法包括: 在基板上形成基于金属的复合物层，其中所述基于金属的复合物层的最小厚度为1nm ； 将电子元件置于金属基板上，从而焊接区域与基于金属的复合物层的接触区域相接触；以及 加热焊接区域，从而基于金属的复合物层分解，并且焊接区域形成为电子元件与金属基板之间的电连接。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述基于金属的复合物层的最大厚度为50nmo3.如在先任一权利要求所述的方法，其特征在于:在基板上形成基于金属的复合物层包括将金属基板暴露于反应气体。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:在基板上形成基于金属的复合物层包括在范围为150°C至250°C的温度下将金属基板暴露于反应气体。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于:在基板上形成基于金属的复合物层包括在范围为5至60分钟的预定时间中将金属基板暴露于反应气体。6.如在先任一权利要求所述的方法，其特征在于:所述暴露的焊接区域包括一部分的焊剂。7.如在先任一权利要求所述的方法，其特征在于:所述电子元件为倒装的元件。8.如在先任一权利要求所述的方法，其特征在于:所述基于金属的复合物层具有比金属基板低的表面能。9.如在先任一权利要求所述的方法，其特征在于:所述基于金属的复合物层为金属氧化物层。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于:所述金属基板包括铜，以及所述金属氧化物层包括Cu2O和CuO。11.一种配置为执行任意前述权利要求的方法的装置。12.一种用于接收电子元件的基板，其特征在于:所述电子元件具有在暴露的焊接区域上提供的焊料；所述基板包括: 金属基板，用于电连接到电子元件；以及 在金属基板上的基于金属的复合物层，其中所述基于金属的复合物层的最小厚度为1nm ； 其中所述基于金属的复合物层配置为在与焊接区域接触时分解，其中焊接区域熔化从而焊接区域形成为电子元件与金属基板之间的电连接。13.如权利要求12所述的基板，其特征在于，所述基板为引线框架。14.如权利要求12或13所述的基板，其特征在于:所述基于金属的复合物层具有比金属基板低的表面能。15.一种包括权利要求12至14中任一项所述的基板的倒装芯片元件。
【专利摘要】一种将电子元件贴附到金属基板的方法，电子元件包括提供在暴露的焊接区域的焊料。该方法包括：在基板上形成基于金属的复合物层；将电子元件置于金属基板上，从而焊接区域与基于金属的复合物层的接触区域相接触；以及加热焊接区域，从而基于金属的复合物层分解，并且焊接区域形成为电子元件与金属基板之间的电连接。基于金属的复合物层的最小厚度为10nm。
【IPC分类】H01L21/603
【公开号】CN105244295
【申请号】CN201510391645
【发明人】斯文·沃尔兹克, 约翰·勒内·德比尔, 埃里克·埃尔特因克, 阿马尔·阿肖克·马维库夫
【申请人】恩智浦有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年7月6日
【公告号】EP2966677A1, US20160005710