具有焊线的芯片结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具有焊线的芯片结构，包括一芯片、第一金属层、第二金属层及焊线。第一金属层配置于芯片上，第一金属层的材料包括镍或镍合金。第二金属层配置于第一金属层上，第二金属层的材料包括铜、铜合金、铝、铝合金、钯或钯合金。焊线连接于第二金属层，焊线的材料包括铜或铜合金。
【专利说明】
具有焊线的芯片结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种芯片结构，且特别是涉及一种具有焊线的芯片结构。
【背景技术】
[0002]由于石油耗尽的危机，汽车节能科技为现阶段人类文明发展最重要的目标。随着人口结构集中于都市，人们每天的乘车通勤时间逐渐增加，且人口的老年化使得行车时间更为拉长，因此着重车体空间、安全与节能的个人电动车正逐渐发展，业界与研究单位都积极投入此相关技术的研发。
[0003]打线接合为车用功率模块的其中一项关键技术。以往大多通过铝焊线进行车用功率模块的打线接合，但随着近来车用功率模块的功率大幅增加，业界逐渐尝试使用熔点较高且导电性较好的铜焊线取代铝焊线。然而，铜焊线与芯片上的铝接垫之间的界面在高功率的车用功率模块的高温工作环境下易产生化学反应生成介金属化合物，此化学反应导致铜焊线与铝接垫之间产生孔洞而破坏其接合强度。此外，铜焊线的硬度高于铝接垫的硬度，这代表在打线过程中铜焊线较不易变形，故需增加打线时的接合力才能使铜焊线产生足够变形量而达到良好的接合强度，然此举可能引发较大的应力集中而破坏硬度较低的铝接垫或对铝接垫下方的芯片造成损害。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种芯片结构，其焊线可维持良好的接合强度，且可避免芯片在打线制作工艺中受到损害。
[0005]为达上述目的，本发明的芯片结构包括芯片、第一金属层、第二金属层及焊线。第一金属层配置于芯片上，第一金属层的材质包括镍或镍合金。第二金属层配置于第一金属层上，第二金属层的材质包括铜或铜合金。焊线连接于第二金属层，焊线的材质包括铜或铜
I=IO
[0006]本发明的芯片结构包括芯片、第一金属层、第二金属层及焊线。第一金属层配置于芯片上，第一金属层的材质包括镍或镍合金。第二金属层配置于第一金属层上，第二金属层的材质包括铝或铝合金。焊线连接于第二金属层，焊线的材质包括铜或铜合金。
[0007]本发明的芯片结构包括芯片、第一金属层、第二金属层及焊线。第一金属层配置于芯片上，第一金属层的材质包括镍。第二金属层配置于第一金属层上，第二金属层的材质包括钯或钯合金。焊线连接于第二金属层，焊线的材质包括铜或铜合金。
[0008]在本发明的一实施例中，上述的焊线的线径大于等于102微米。
[0009]在本发明的一实施例中，上述的焊线通过楔型焊(wedge bond)制作工艺而连接于第二金属层。
[0010]在本发明的一实施例中，上述的芯片结构还包含接垫，配置于芯片与第一金属层之间，接垫的材质包括铝或铝合金或铜或铜合金。
[0011]在本发明的一实施例中，上述的芯片为功率半导体。
[0012]基于上述，在本发明的芯片结构中，接垫上配置了第一金属层，第一金属层的材料为镍或镍合金而使第一金属层具较高硬度，如此可通过第一金属层吸收打线时的接合力，以避免接垫及位于接垫下方的芯片在打线制作工艺中受到损害。此外，本发明在第一金属层上配置了用以与焊线接合的第二金属层，第二金属层的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、钯或钯合金而使第二金属层易于与焊线相接合，如此可避免材料为铜或铜合金的焊线与材料为铝、铝合金、铜或铜合金的接垫直接相接合而导致其间的界面在高温工作环境下因化学反应产生缺陷降低可靠度，故可使焊线维持良好的接合强度。
[0013]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0014]图1为本发明一实施例的芯片结构的示意图；
[0015]图2为图1的芯片结构配置于基板上的示意图。
[0016]符号说明
[0017]50:基板
[0018]100:芯片结构
[0019]110:芯片
[0020]120:接垫
[0021]130:第一金属层
[0022]140:第二金属层
[0023]150:焊线
[0024]160:接合层
【具体实施方式】
[0025]图1是本发明一实施例的芯片结构的示意图。请参考图1，本实施例的芯片结构100包括芯片110、第一金属层130、第二金属层140及焊线150。接垫120配置于芯片110上，第一金属层130配置于芯片110上，第一金属层130的材料例如为镍或镍合金。第二金属层140配置于第一金属层130上，第二金属层140的材料例如为铜、铜合金、铝、铝合金、钯或钯合金。焊线150例如通过楔型焊(wedge bond)制作工艺而连接于第二金属层140，焊线150的材料例如为铜或铜合金，且焊线150的线径例如大于102微米以适用于高功率模块装置。芯片结构100还包括接垫120，接垫120配置于第一金属层130与第二金属层140之间。接垫120的材料例如为铝、铝合金、铜或铜合金。
[0026]由于配置于接垫120上的第一金属层130的材料为镍或镍合金而使第一金属层130具较高硬度，故可通过第一金属层130吸收打线时的接合力，以避免接垫120或位于接垫120下方的芯片110在打线制作工艺中受到损害。此外，由于配置于第一金属层130上的第二金属层140的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、钯或钯合金而使第二金属层140易于与焊线150相接合，故可避免材料为铜或铜合金的焊线150与材料为铝、铝合金、铜或铜合金的接垫120直接相接合而导致其间的界面在高功率装置的高温工作环境下因化学反应产生缺陷降低可靠度，以使焊线150维持良好的接合强度。具体而言，本实施例的芯片结构100通过上述配置方式可在摄氏-55?125度的温度循环测试下具有良好的可靠度。
[0027]在本实施例中，可将材料为铜的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150、将材料为铜的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150、将材料为铜合金的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150、将材料为铜合金的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150、将材料为铝的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150、将材料为铝的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150、将材料为铝合金的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150、将材料为铝合金的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150、将材料为钯的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150、将材料为钯的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150、将材料为钯合金的第二金属层140搭配材料为铜的焊线150，或将材料为钯合金的第二金属层140搭配材料为铜合金的焊线150，本发明不对此加以限制。
[0028]在本实施例中，材料为镍或镍合金的第一金属层130除了如上述般通过其较高的硬度来保护其下方的芯片120免于因打线时的接合力而损坏，第一金属层130也可视为位于接垫120与第二金属层140之间的扩散阻绝层(diffus1n barrier layer)，用以避免接垫120与第二金属层140间的金属相互扩散。
[0029]图2绘示图1的芯片结构配置于基板上。图1所示的芯片结构100例如应用于车用功率模块，其中芯片结构100适于如图2所示通过接合层160而配置于车用功率模块的基板50上并通过焊线150电连接于基板50上的电性接点或其它电子元件，芯片110例如为绝缘棚■双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、二极管(D1des)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)或其它种类的功率半导体，基板50例如为覆铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper, DBC)或其它种类的陶瓷基板。在其它实施例中，芯片110可为其它形式的芯片且芯片结构100可应用于其它种类的装置，本发明不对此加以限制。
[0030]综上所述，在本发明的芯片结构中，接垫上配置了第一金属层，第一金属层的材料为镍或镍合金而使第一金属层比接垫具较高硬度，如此可通过第一金属层吸收打线时的接合力，以避免位于接垫下方的芯片在打线制作工艺中受到损害。此外，本发明在第一金属层上配置了用以与焊线接合的第二金属层，第二金属层的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、钯或钯合金而使第二金属层易于与焊线相接合，如此可避免材料为铜或铜合金的焊线与材料为铝、铝合金、铜或铜合金的接垫直接相接合而导致其间的界面在高温工作环境下因化学反应产生缺陷降低可靠度，故可使焊线维持良好的接合强度。
[0031]虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种芯片结构，包括: 芯片； 第一金属层，配置于该芯片上，该第一金属层的材料包括镍或镍合金； 第二金属层，配置于该第一金属层上，该第二金属层的材料包括铜或铜合金；以及 焊线，连接于该第二金属层，该焊线的材料包括铜或铜合金。2.如权利要求1所述的芯片结构，其中该焊线的线径大于102微米。3.如权利要求1所述的芯片结构，其中该焊线通过楔型焊制作工艺而连接于该第二金属层。4.如权利要求1所述的芯片结构，还包含接垫，配置于该芯片与该第一金属层之间，该接垫的材料包括铝或铝合金或铜或铜合金。5.如权利要求1所述的芯片结构，其中该芯片为功率半导体。6.—种芯片结构，包括: 芯片； 第一金属层，配置于该芯片上，该第一金属层的材料包括镍或镍合金； 第二金属层，配置于该第一金属层上，该第二金属层的材料包括铝或铝合金；以及 焊线，连接于该第二金属层，该焊线的材料包括铜或铜合金。7.如权利要求6所述的芯片结构，其中该焊线的线径大于102微米。8.如权利要求6所述的芯片结构，其中该焊线通过楔型焊制作工艺而连接于该第二金属层。9.如权利要求6所述的芯片结构，还包含接垫，配置于该芯片与该第一金属层之间，该接垫的材料包括铝或铝合金或铜或铜合金。10.如权利要求6所述的芯片结构，其中该芯片为功率半导体。11.一种芯片结构，包括: 芯片； 第一金属层，配置于该芯片上，该第一金属层的材料包括镍； 第二金属层，配置于该第一金属层上，该第二金属层的材料包括钯或钯合金；以及 焊线，连接于该第二金属层，该焊线的材料包括铜或铜合金。12.如权利要求11所述的芯片结构，其中该焊线的线径大于102微米。13.如权利要求11所述的芯片结构，其中该焊线通过楔型焊制作工艺而连接于该第二金属层。14.如权利要求11所述的芯片结构，还包含接垫，配置于该芯片与该第一金属层之间，该接垫的材料包括铝或铝合金或铜或铜合金。15.如权利要求11所述的芯片结构，其中该芯片为功率半导体。
【文档编号】H01L23/488GK105845653SQ201510013448
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月12日
【发明人】林育民, 林柏丞, 张景尧
【申请人】财团法人工业技术研究院