多層瞬態液相接合的制作方法
【專利說明】多層瞬態液相接合
[0001 ]相關申請
[0002]本申請基于35U.S.C.§ 119 (e)要求2014年7月31日提交的、發明名稱為“涂敷顆粒的瞬態液相焊料”的美國臨時專利申請號62/031,824的優先權，其通過引用完全引入于此。
技術領域
[0003]本發明的各個方面及實施例涉及電氣或電子器件組件的金屬化和/或接合和/或用于它們的封裝組件。
【背景技術】
[0004]在電氣或電子器件的制造和裝配領域，常常理解的是使襯底或表面(例如，電路板、陶瓷單片微波集成電路(MMIC)襯底等)具有傳導性。也常常理解的是使用具有熱和/或電傳導的材料將電或電子組件接合到襯底上或者接合封裝組件用于電子組件。形成這樣的具有傳導性的表面或接合的工藝可能面對多個挑戰，例如，成本、高溫的使用與其它工序不兼容、襯底的空心特征填充困難、和/或副產品的排氣與其它工序不兼容。

【發明內容】

[0005]根據本發明的一個方面，提供一種接合結構。接合結構包括第一合金成分的第一層，其設置在一個襯底上；以及第二合金成分的第一層，其設置在第一合金成分的第一層上。第二合金成分具有比第一合金成分更低的熔化溫度。第一合金成分的第二層設置在第二合金成分的第一層上以及第二合金成分的第二層設置在第一合金成分的第二層上。
[0006]在一些實施例中，接合結構進一步包括第一合金成分的第三層，其設置在第二合金成分的第二層上。
[0007]在一些實施例中，接合結構進一步包括第一阻擋層，其配置為從大氣中密封第二合金成分的第二層的表面以及抑制第二合金成分的第二層的表面的氧化。阻擋層可以包括鈦、鉑、鎳、氧化銦和錫中的一個或多個。
[0008]在一些實施例中，接合結構進一步包括界面阻擋層，其設置在第一合金成分的每一層與第二合金成分的每一層之間的界面上，阻擋層配置為抑制第一合金成分與第二合金成分的相互擴散。界面阻擋層可以包括鈦、鉑、鎳、氧化銦和錫中的一個或多個。
[0009]在一些實施例中，第一合金成分和第二合金成分被選擇為相互擴散并且當接合結構加熱到高于第二合金成分的熔化溫度且低于第一合金成分的熔化溫度的溫度時第一合金成分和第二合金成分形成合金。
[0010]在一些實施例中，選擇接合結構中第一合金成分的量與第二合金成分的量以形成合金，該合金具有介于第一合金成分的熔化溫度與第二合金成分的熔化溫度之間的熔化溫度。
[0011 ] 在一些實施例中，第一合金成分是金，以及在一些實施例中，第二合金成分是銦。
[0012]在一些實施例中，第一合金成分與第二合金成分是從包括鋁與鍺、金與硅、金與錫、銅與錫、鉛與錫、以及銦與錫的多對成分中選擇的一對成分。
[0013]在一些實施例中，電子組件封裝體使用接合結構氣密密封。
[0014]在一些實施例中，電子器件包括使用接合結構接合至襯底的至少一個組件。電子器件可以包括至少一個電觸頭，其經由接合結構與襯底的電觸頭電通信。
[0015]根據另一個方面，提供一種形成無線器件的方法。該方法包括形成至少一個模塊，該模塊包括具有射頻電路的襯底；以及至少一個器件，使用第一接合結構將該器件接合到射頻電路的一部分。第一接合結構包括第一合金成分的第一層，其設置在襯底上;第二合金成分的第一層，其設置在第一合金成分的第一層上，第二合金成分具有比第一合金成分更低的恪化溫度;第一合金成分的第二層，其設置在第二合金成分的第一層上；以及第二合金成分的第二層，其設置在第一合金成分的第二層上.
[0016]在一些實施例中，至少一個器件是功率放大器、低噪聲放大器、以及天線開關模塊之一O
[0017]在一些實施例中，該方法進一步包括使用第二接合結構將至少一個器件氣密密封在封裝體中，該第二接合結構包括設置在襯底上的第一合金成分的第一層;第二合金成分的第一層，其設置在第一合金成分上，第二合金成分具有比第一合金成分更低的熔化溫度；第一合金成分的第二層，其設置在第二合金成分的第一層上；以及第二合金成分的第二層，其設置在第一合金成分的第二層上。
[0018]在一些實施例中，該方法進一步包括在至少一個器件的至少一個電觸頭與射頻電路的至少一個電觸頭之間使用一接合結構形成電連接。
[0019]在一些實施例中，該方法進一步包括形成各自與至少一個模塊電通信的收發器和天線。
[0020]根據另一個方面，提供一種接合第一裝配件到第二裝配件的方法。該方法包括提供第一裝配件，該第一裝配件包括第一二元成分層，其設置在第一襯底上；以及提供第二裝配件，該第二裝配件包括第一合金成分的第一層，其設置在襯底上；第二合金成分的第一層，其設置在第一合金成分上;第二合金成分具有比第一合金成分更低的熔化溫度;第一合金成分的第二層，其設置在第二合金成分的第一層上；以及第二合金成分的第二層，其設置在第一合金成分的第二層上。該方法進一步包括將第二裝配件對齊到第一裝配件;加熱第一裝配件和第二裝配件到高于第二二元成分的熔點但是低于第一二元成分的熔點的溫度；以及維持溫度足夠的時間使得第一二元成分層與第二二元成分層相互擴散以由第一二元成分與第二二元成分形成合金。
[0021]根據另一個方面，提供一種在襯底上形成接合結構的方法。該方法包括在襯底上形成第一二元成分層，在第一二元成分層上形成第一阻擋層，以及在第一阻擋層上形成第二二元成分層。第一阻擋層包括抑制第二二元成分層擴散進入第一二元成分層的材料。該方法進一步包括在第二二元成分層上形成第二阻擋層，在第二阻擋層上形成另一個第一二元成分層，在另一第一二元成分層上形成第三阻擋層，在第三阻擋層上形成另一第二二元成分層，以及在另一第二二元成分層上形成第四阻擋層。第四阻擋層包括抑制氧從大氣中擴散進入另一第二二元成分層的材料。
[0022]在一些實施例中，形成第二二元成分層的步驟包括在第一阻擋層上沉積具有比第一二元成分層更低的熔化溫度的材料。
[0023]在一些實施例中，形成第二二元成分層的步驟包括沉積材料，當加熱接合結構到第二二元成分層的熔化溫度以上時，該材料將與第一二元成分層相互擴散形成合金。
[0024]在一些實施例中，選擇第一二元成分層與另一第一二元成分層中第一二元成分的量以及第二二元成分層與另一第二二元成分層中第二二元成分的量，使得合金具有介于第一二元成分的熔化溫度與第二二元成分的熔化溫度之間的熔化溫度。
[0025]在一些實施例中，方法進一步包括在第四阻擋層上形成又一第一二元成分層。
[0026]在一些實施例中，沉積第一二元成分層的步驟包括在襯底上沉積金層。
[0027]在一些實施例中，沉積第二二元成分層的步驟包括在第一阻擋層上沉積銦層。
[0028]在一些實施例中，形成第一阻擋層、第二阻擋層和第三阻擋層中的至少一個包括沉積一層鈦、鉑、鎳、氧化銦和錫中的一個或多個。
[0029]根據另一個方面，提供一種焊料材料，包括多個涂敷顆粒，每個顆粒包括核心與涂敷層，選擇核心與涂敷層為焊料材料提供瞬態液相。
[0030]在一些實施例中，核心與涂敷層包括能夠對焊料材料施加熱時形成合金的材料。涂敷層材料可以具有比核心材料的熔化溫度更低的熔化溫度。施加熱可以使得涂敷層加熱到大于涂敷層的熔化溫度但是小于核心材料的熔化溫度的溫度，從而液化涂敷層并且允許液化的涂敷層材料擴散進入核心材料。涂敷層以及核心可以被定制尺寸使得基本上所有液化的涂敷層材料擴散進入核心材料以形成合金。
[0031]在一些實施例中，合金是導電的。核心材料可以包括金。涂敷層材料可以包括銦。
[0032]在一些實施例中，每個顆粒進一步包括被施加在涂敷層上的外層，外層配置為阻止或減少涂敷層的氧化。外層可以包括金。
[0033]在一些實施例中，每個顆粒進一步包括阻擋層，其設置于涂敷層和核心之間，阻擋層配置為阻止或減少涂敷層和核心之間的過早擴散。阻擋層可以包括鈦。
[0034]根據另一個方面，提供一種用于制造焊料材料的方法。該方法包括形成或提供多個核心顆粒以及使用涂敷層涂敷每一個核心顆粒以得到涂敷顆粒，涂敷顆粒具有瞬態液相特性。
[0035]根據另一個方面，提供一種形成傳導合金的方法。該方法包括提供焊料材料，其包括多個涂敷顆粒，每個顆粒包括核心與涂敷層，選擇核心與涂敷層為焊料材料提供瞬態液相，加熱焊料材料到介于涂敷層與核心的熔化溫度之間的溫度，涂敷層的熔化溫度小于核心的熔化溫度使得涂敷層液化，以及維持加熱直到大量的液化涂敷層擴散進入核心從而形成合金。
[0036]在一些實施例中，合金具有顯著高于涂敷層的溫度的熔化溫度。
[0037]根據另一個方面，提供一種在襯底上形成傳導特征的方法。方法包括在溶液中形成或提供多個涂敷顆粒的懸浮液，每個顆粒包括核心和涂敷層，選擇核心和涂敷層以提供瞬態液相特性，將懸浮液分布在襯底上，蒸發溶液的至少一些，加熱涂敷顆粒到介于涂敷層與核心的熔化溫度之間的溫度，涂敷層的熔化溫度小于核心的熔化溫度使得涂敷層液化，以及維持加熱直到大量的液化涂敷層擴散進入核心從而形成傳導合金。
[0038]在一些實施例中，分布包括旋涂、噴涂、或者絲網印刷。
[0039]在一些實施例中，襯底包括半導體晶片或者封裝襯底。封裝襯底可以包括疊層襯底或者陶瓷襯底。陶瓷襯底可以包括低溫共燒結陶瓷襯底。
[0040]在一些實施例中，傳導特征是傳導焊墊或者傳導軌跡。傳導特征可以是傳導層，其配置為提供射頻(RF)屏蔽功能。傳導層可以包括共形傳導層。
[0041]根據另一個方面，提供一種封裝射頻(RF)模塊。封裝RF模塊包括封裝襯底，其包括接地平面，安裝在封裝襯底上的一個或多個組件，以及在一個或多個組件上實現的傳導層，傳導層電連接到接地平面為一個或多個組件中的至少一些提供RF屏蔽功能，傳導層包括由加熱焊料材料得到的合金，焊料材料包括多個涂敷顆粒，每個顆粒包括核心與涂敷層，選擇核心與涂敷層為焊料材料提供瞬態液相。
[0042]在一些實施例中，封裝RF模塊進一步包括封裝一個或多個組件的包塑，傳導層設置在包塑的上表面。
[0043]在一些實施例中，傳導層的至少一些直接形成在一個或多個組件上。
[0044]在一些實施例中，傳導層進一步覆蓋封裝襯底的一個或多個側面以便與一個或多個組件上的部分一起得到共形覆蓋。
[0045]根據另一個方面，提供一種在半導體裸芯上形成傳導特征的方法。該方法包括使用涂敷材料結構在裸芯上沉積傳導材料層，涂敷材料結構包括第一合金成分的第一層，設置在第一合金成分的第一層上的第二合金成分的第一層，第二合金成分具有比第一合金成分更低的熔化溫度;第一合金成分的第二層，其設置在第二合金成分的第一層上；以及第二合金成分的第二層，其設置在第一合金成分的第二層上；以及圖案化傳導材料層。
[0046]根據另一個方面，提供一種形成電子組件模塊的方法，電子組件模塊包括具有電路的襯底。該方法包括使用接合結構將至少一個器件接合到電路的一部分，接合結構包括第一合金成分的第一層，其設置在襯底上;第二合金成分的第一層，其設置在第一合金成分的第一層上，第二合金成分具有比第一合金成分更低的恪化溫度;第一合金成分的第二層，其設置在第二合金成分的第一層上，以及第二合金成分的第二層，其設置在第一合金成分的第二層上。
【附圖說明】
[0047 ]附圖未按比例繪制。在這些圖中，在各個圖中示出的每個相同或者幾乎相同的組件使用相同的附圖標記。為了清楚的目的，在每個圖中不是每個組件都被標出了。附圖中:
[0048]圖1示出了相互接合的一對襯底；
[0049]圖2示出了共形涂敷有傳導材料層的襯底；
[0050]圖3示出了根據實施例的合金系統；
[0051]圖4示出了在接合、密封或涂敷方法的實施例中使用的溫度曲線；
[0052]圖5示出了用于執行接合、密封或涂敷方法的結構的實施例；
[0053]圖6示出了用于執行接合、密封或涂敷方法的結構的另一個實施例；
[0054]圖7示出了用于執行接合、密封或