一种用于封装芯片的方法与流程

本申请涉及电路领域，更具体地，涉及电路领域中一种用于封装芯片的方法。

背景技术：

现有技术中，在芯片的封装过程中，为了实现芯片的固晶，可以通过烧结银银浆将半导体芯片粘贴在封装体的基板上。具体而言，将包括银颗粒与辅助溶剂的原始银浆涂覆在封装体的基板上，将芯片放置在涂覆有银浆的位置上，完成芯片的粘片过程，接着，在常压(即一个大气压下)下，使银浆烧结，在封装体的基板与芯片之间形成具有粘片、导热和导电功能的烧结银，从而，实现了芯片的固晶过程。

但是，在该现有技术中，烧结银的结构较为稀疏、密度低，空洞较多，使得烧结银的导热率较低，使得整个封装器件的散热性能较差，降低了芯片的使用寿命。

技术实现要素：

本申请提供一种用于封装芯片的方法，有助于提高芯片的使用寿命。

所述方法包括：在封装体的基板中涂覆有液态粘结材料的位置上放置所述芯片，所述液态粘结材料包括离散的金属颗粒和辅助溶剂，所述金属颗粒具有导电导热功能；

将所述液态粘结材料进行预烘烤加热处理，以挥发所述辅助溶剂，形成为封装结构；

将所述封装结构放置密闭箱体内，且将所述密闭箱体的气体压强加压至预设压强；

在所述预设压强下，在预设时长内对所述密闭箱体进行加压处理，以使得所述离散的金属颗粒形成为块状金属层。

因此，本申请实施例提供的用于封装芯片的方法，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压，使得离散的金属颗粒形成为一体的块状金属层，一定程度上提高块状金属层的导热率，也提高了块状金属层与芯片背面金属之间的界面处的粘结力以及块状金属层与基板表面金属之间的界面处的粘结力，从而提高块状金属层粘结层的可靠性，提高芯片的使用寿命以及应用范围；同时，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压，可以使得本申请实施例很好地应用于封装尺寸较小的芯片，也能够很好地应用于封装表面具有空气桥等立体电路结构的芯片。

可选地，所述在所述预设压强下，在预设时长内对所述密闭箱体进行加压处理，包括：

在所述预设压强和预设温度下，在所述预设时长内对所述密闭箱体进行加压处理和加热处理。

因此，本申请实施例提供的用于封装芯片的方法，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压处理和加热处理，可以进一步提高块状金属层的导热性能，以及提高芯片背面金属层与块状金属层之间的粘结力和基板表面金属与块状金属层之间的粘结力，从而进一步提高块状金属层粘结的可靠性，提高芯片的使用寿命以及应用范围。

可选地，所述预设温度在170℃-300℃之间。

可选地，所述预设压强在0.3mpa-5mpa之间。

可选地，所述预设时长在0.1h-3h之间。

可选地，所述金属颗粒为银颗粒。

可选地，所述密闭箱体内的气体为以下任一种：空气、氧气、氢气、氮气或惰性气体。

可选地，所述在封装体的基板中涂覆有液态粘结材料的位置上放置所述芯片，包括：

通过拾放机构的吸嘴，从所述芯片的蓝膜上吸取所述芯片，将所述芯片移动至涂覆有所述液态粘结材料的位置上。

在上述某些实现方式中，在预设时长内，使所述密闭箱体处于所述预设压强下，以使得所述金属颗粒形成为块状金属层。在上述某些实现方式中，在所述预设时长内，使所述密闭箱体处于所述预设压强和预设温度下，以使得所述金属颗粒形成为块状金属层。

附图说明

图1是根据本申请实施例的用于封装芯片的方法的示意性流程图。

图2是根据本申请实施例的用于封装芯片的方法的粘片过程的示意性框图。

图3是现有技术中通过加热方式生成的烧结银和本申请实施例中通过加热与加压方式生成的烧结银的示意性结构图。

图4是根据本申请实施例的用于封装芯片的方法中对封装结构进行气体加压以及加热的过程的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

目前，在半导体器件封装行业中，用于将芯片与封装体的基板粘结的导电导热的材料中最为普遍材料是银胶。目前比较常用的银胶可以分为以下3种类型：环氧树脂银胶、烧结银(或纳米银)银胶以及环氧树脂和烧结银的混合型银胶。下面，分别对3种类型的银胶进行简单介绍：

环氧树脂银胶：环氧树脂银胶是以环氧树脂为主体且掺杂有银颗粒的胶。环氧树脂银胶被烘烤固化后，银颗粒互相连接，具有粘结、导电以及导热性能。由于环氧树脂银胶中银的含量低(例如，银含量的范围为70％至80％)，导热率较低(例如，导热率小于10w/m.k)，所以，只能应用于散热要求不高的小功率密度芯片固晶的情况。

烧结银银胶：烧结银银胶的原始银浆由辅助溶剂和纳米级或微米级银颗粒组成，在高温下，银浆被烘烤后，辅助溶剂挥发完毕，纳米级或微米级银颗粒烧结为烧结银，使得烧结银具有粘结、导电和导热功能。相比于环氧树脂银胶，烧结银具有优良的导热性能、导电性能以及工艺上的易操作性能，有些应用场景可以取代传统的共晶锡膏ausn和环氧树脂银胶。

混合型银胶：混合型银胶最为普遍的是由环氧树脂和银含量较高的银颗粒组成的混合型银胶。这种混合型银胶的银含量较高(例如，银含量大于90％)，导热性能较高(例如，导热率大于70w/m.k)，同时也继承了传统环氧树脂的可以和大多数界面材料较好粘结的性能。

现有技术中采用烧结银银胶固晶的过程中，在将银浆涂覆在封装体的基板上后，将芯片放置在涂覆有银浆的位置上，完成芯片的粘片过程，接着，在常压下，使银浆烧结，在封装体的基板与芯片之间形成具有粘结、导热和导电功能的烧结银。

但是，在该现有技术中，成型的烧结银的结构较为稀疏、密度低，空洞较多，使得烧结银的导热率较低，使得整个封装器件的散热性能较差，同时芯片的推力值低，降低了芯片的使用寿命。

本申请实施例提供了一种用于封装芯片的方法，有助于提高芯片的使用寿命。

这里，需要说明的是，本申请实施例中的“烧结”表示的是：指材料在不超过液化熔点温度下，通过加热或加压形成固体块的工艺。

图1所示为本申请实施例的用于封装芯片的方法的示意性流程图。下面，对每个步骤进行详细说明。

在步骤s110中，在封装体的基板上涂覆有液态粘结材料的位置上放置芯片，其中，该液态粘结材料包括离散的金属颗粒和辅助溶剂，该金属颗粒具有导电导热功能。

具体而言，金属颗粒可以被分散到辅助溶剂中形成液态粘结材料，可以使得金属颗粒通过液态形式被涂覆在封装体的基板上，随后，在涂覆有液态粘结材料的位置上放置芯片。

此外，该金属颗粒可以为纳米级或微米级的金属颗粒。

可选地，该金属颗粒为银颗粒。

作为示例而非限定，该金属颗粒不仅可以是银颗粒，也可以是其他任何具有导热和导电功能的金属颗粒，本申请实施例并不限于此。例如，金属颗粒可以是由铜、铝、金，金锡合金，以及其他金属或合金等构成的颗粒。

其中，当该金属颗粒为银颗粒时，该块状金属层可以称为烧结银层。

可选地，在封装体的基板中涂覆有液态粘结材料的位置上放置该芯片，包括：

通过拾放机构的吸嘴，从该芯片的蓝膜上吸取该芯片，将该芯片移动至涂覆有该液态粘结材料的位置上。

如图2所示，在图(a)与图(b)中，在封装体的基板上，通过银浆针筒在基板上涂覆银浆，可以通过图(a)所示的点胶运动方向来涂覆银浆，最后形成为图(b)所示图案的银浆，在图(c)中，通过拾放机构的吸嘴，从芯片的蓝膜上吸取该芯片，将芯片放置在银浆上，完成了芯片的粘片过程，从而，形成图(d)所示的封装结构。

在步骤s120中，对包括该封装体、该液态粘结材料和该芯片的结构进行预烘烤加热处理，以挥发该辅助溶剂，形成为封装结构；

即，在完成步骤110中芯片的粘片过程后，在步骤s120中，在常压下，可以对包括封装体、芯片以及液态粘结材料的结构进行预烘烤加热处理，以使得该液态粘结材料中的辅助溶剂挥发，形成为封装结构，其中，该封装结构包括该封装体、该芯片以及辅助溶剂挥发后的粘结材料。

在步骤s130和s140中，通过对密闭箱体进行气体加压来实现对该封装结构的加压。

具体而言，将该封装结构放置在箱体内，将箱体封闭形成为密闭箱体，且通过向该密闭箱体内填充气体来实现对该密闭箱体的加压，即，通过填充气体将密闭箱体内的压强加压至预设压强后，在一段时间(即，预设时长)内，使该密闭箱体持续处于该预设压强下，，从而以使得金属颗粒形成为块状金属层。

从原理上来说，当压力传递到金属颗粒层处，可以使得金属颗粒烧结(sintered)成块状金属层，金属颗粒形成块状金属层时产生的空洞变小，使得整个块状金属层的密度提高，同时，块状金属层和芯片背面金属之间的金属键合金界面以及块状金属层与基板表面金属的金属键合金界面增大，一定程度上能够提高该块状金属层的导热率，也在一定程度上提高了块状金属层和芯片背面金属之间的粘结力及块状金属层与基板表面金属之间的粘结力，从而提高块状金属层粘结的可靠性。

进一步来说，块状金属层的导热率提高，一方面，在不改变封装结构环境温度的条件下，可以有效地降低芯片的pn结的温度(即，结温)，提升芯片的使用寿命；另一方面，在不改变芯片结温的条件下，增大芯片的输入功率，提升芯片的功率密度，可以扩大芯片的应用范围。

此外，这种通过气体加压封装结构以使得块状金属层的结构的密度增加的方式，不仅能够应用于封装尺寸较大的芯片，也能应用于封装尺寸较小的芯片，例如，尺寸小于5mmx5mm的芯片；同时，通过气体加压封装结构的方式也能很好地应用于表面有空气桥等立体电路结构的芯片，避免了由于其他接触式加压方式而引起的容易损坏芯片表面的问题。

同时，该固化金属层的密度增加，可以加大固化后芯片的推力值，能够进一步提高封装结构中芯片粘结的可靠性。

因此，本申请实施例的一种用于封装芯片的方法，通过对放置在密闭箱体内的封装结构进行气体加压，使得离散的金属颗粒形成为一体的块状金属层，一定程度上提高了块状金属层的导热率，也提高了块状金属层与芯片背面金属之间的粘结力和块状金属层与基板表面金属之间的粘结力，从而提高块状金属层粘结的可靠性；同时，通过对放置在密闭箱体内的封装结构进行气体加压，可以使得本申请实施例很好地应用于封装尺寸较小的芯片，也能够很好地应用于封装表面具有空气桥等立体电路结构的芯片。

需要说明的是，本申请实施例中的芯片的个数可以为一个，也可以为多个，即，封装结构中包括的芯片可以是一个芯片，也可以是多个芯片，本申请实施例并不做任何限定。当芯片的个数为多个时，采用与图2所示的相同方式，将多个芯片分别放置在分别涂覆有液态粘结材料(例如，原始银浆)的位置上，完成芯片的粘片过程，对包括封装体、芯片以及液态粘结材料的结构进行预烘烤加热处理后，形成为封装结构，通过对密闭箱体进行气体加压实现对封装结构的加压和/或加热。

可选地，该预设压强在0.3mpa-5mpa之间。

需要指出的是，这里的压强表示的是气体的绝对压强。

可选地，该预设时长在0.1h-3h之间。

应理解，该预设时长可以根据实际情况随时调整，本申请实施例并不限于此。例如，若该预设压强较大，该预设时长可以设置的较短，若该预设压强较小，则该预设时长可以设置的较长。此外，h表示的时间单位为小时。

可选地，在该预设压强下，在预设时长内对该密闭箱体进行加压处理，包括：

在该预设压强和预设温度下，在该预设时长内对该密闭箱体进行加压处理和加热处理。

具体而言，在通过密闭箱体对该封装结构进行气体加压的过程中，也通过该密闭箱体对该封装结构进行加热处理。即，将该密闭箱体的温度加热至预设温度，在该预设温度和该预设压强下，在该预设时长内对该封装结构进行加压处理以及加热处理，或者说，在该预设时长内，是该密闭箱体处于该预设压强和该预设温度下。

实际上，当对该密闭箱体同时进行加热处理和气体加压处理时，两种方式可以互相补偿。单从加热方面考虑，由于基板与芯片之间的空间是一定的，仅通过加热方式得到的块状金属层的结构较为稀疏，密度较低，空洞较多，那么，通过对封装结构进行气体加压，当压力传递至该金属颗粒层时，可以通过压力有效地压缩空间，进而减少结构中的空洞，从而使得整个块状金属层的结构密度提高，从而提高块状金属层的导热性能。

以该金属颗粒为银颗粒为例，图3所示为现有技术中仅通过加热方式生成的烧结银和本申请实施例中通过加压和加热方式生成的烧结银的示意性结构图。图3(a)所示为仅通过加热方式生成的烧结银，图3(b)所示为通过加压和加热方式生成的烧结银，在烧结银层中，包括在烧结银空洞和纯银两部分，很明显，图3(a)中的烧结银空洞的体积比图3(b)中的烧结银空洞的体积大，这样，使得3(a)中烧结银层的结构稀疏、密度较低，相反，3(b)中烧结银层的结构密实、密度较大。

这样，通过对放置在密闭箱体内的封装结构进行气体加压处理和加热处理，可以进一步提高块状金属层的导热性能，以及提高芯片背面金属层与块状金属层之间的粘结力和基板表面金属与块状金属层之间的粘结力，从而提高块状金属层粘结的可靠性，提高芯片的使用寿命以及应用范围。

在工艺实现中，可以对该密闭箱体同时加压和加热，最后，形成为块状金属层；也可以先将该密闭箱体加压至预设压强，再对密闭箱体加热至预设温度，接着，在预设压强与预设温度下，在预设时长内持续对该密闭箱体加热加压，或者说，在预设压强、预设温度以及预设时长下使得该金属颗粒被烧结，最后，形成为块状金属层。

同样以该金属颗粒为银颗粒为例，如图4所示，可以将该封装结构放置在密闭箱体内，该密闭箱体可以为密闭压力烤箱，向该密闭箱体内填充气体将密闭箱体中的压强加至预设压强，且，将该密闭箱体加热至预设温度，持续预设时长，从而使得银颗粒烧结形成为烧结银，完成芯片的固晶过程，提高了烧结银的导热率。

可选地，该预设温度在170℃-300℃之间。

对于银颗粒来说，当该预设压强在0.3mpa-5mpa之间，该预设温度在170℃-300℃之间时，可以使得烧结后的烧结银的导热率大于130w/m.k，比现有技术有很大的提高。

可选地，该密闭箱体内的气体为以下任意一种：空气、氧气、氢气、氮气或惰性气体。

具体向该密闭箱体内填充哪种类型的气体，可以视实际情况而定。例如，氧气或含氧的空气对在预设温度下的金属的金属键合有利，但是，对于芯片金属表面的金属层却是不利，容易引起金属层氧化。因此，从整体上来说，可以使用空气，氧气、氮气、氢气、氦气或惰性气体等气体来填充密闭箱体，实现对密闭箱体的加压。

在本申请实施例中，以可以通过抽样方式做芯片推力值的实验以确定块状金属层的粘力强度。芯片推力值可以间接反映块状金属层(例如，烧结银)的密度，和块状金属层和芯片背面金属之间的金属键合金界面以及块状金属层与基板表面金属之间的金属键合金界面是否增大，即，芯片推力值高，块状金属层密度大，金属键合面积大，块状金属层的导热率高，可使得封装器件芯片pn结至外壳的热阻低，芯片的结温低。

测试中，可以采用半导体器件的封装热阻测试方法、红外测温仪测试芯片表面结温方法或其他测试热阻方法来验证。

以半导体器件的封装热阻测试方法为例：以晶体管正向pn结结电压随温度的变化作为温度敏感参数，测量器件加热前后结电压的变化，这一变化值除以其结电压的温度系数，就可得出器件加热前后的温升。为保证外加条件的一致性，我们保持加热前后壳温恒定。这样器件热阻可表达为：rth＝(t2-t1)/iv＝(vj2-vj1)/kiv。

其中，vj1是加热前pn结正向电压；vj2是加热后pn结正向电压；k是pn结温度系数；i是加热电流；v是加热电压。

因此，本申请实施例的用于封装芯片的方法，一方面，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压，使得离散的金属颗粒形成为一体的块状金属层，提升块状金属层的密度，以及提高芯片背面金属层与块状金属层之间的粘结力和基板表面金属与块状金属层之间的粘结力，一定程度上提高金属层的导热率，从而提高块状金属层粘结的可靠性，提高芯片的使用寿命以及应用范围；同时，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压，可以使得本申请实施例很好地应用于封装尺寸较小的芯片，也能够很好地应用于封装表面具有空气桥等立体电路结构的芯片；

另一方面，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压处理和加热处理，更加有基于离散的金属颗粒形成为一体的块状金属层，进一步提升块状金属层的密度，以及进一步提高芯片背面金属层与块状金属层之间的粘结力和基板表面金属与块状金属层之间的粘结力，进而提高金属层的导热率，从而进一步提高块状金属层粘结的可靠性，从而提高芯片的使用寿命以及应用范围；同时，通过对放置有封装结构的密闭箱体进行气体加压，可以使得本申请实施例很好地应用于封装尺寸较小的芯片，也能够很好地应用于封装表面具有空气桥等立体电路结构的芯片。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。