專利名稱：電遷移抗性和順應(yīng)導(dǎo)線互連、納米焊料成分、由其制成的系統(tǒng)以及組裝焊接封裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—
所公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于微電子裝置封裝的納米焊膏成分(nano-sized solder paste composition)。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)管芯往往制作到處理器中用于各種任務(wù)。IC操作問(wèn) 題引起管芯封裝中的熱發(fā)生和熱膨脹應(yīng)力。高熔點(diǎn)焊料雖然經(jīng)得起 管芯中的密集電路所引起的高工作溫度，但是它們要求高處理溫度， 這可能因半導(dǎo)體管芯與有機(jī)襯底之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而導(dǎo) 致高熱機(jī)應(yīng)力。但是，對(duì)于低熔點(diǎn)焊料，電遷移更容易發(fā)生。另外， 腐蝕可能在焊料突塊與接合焊盤(pán)的兩種異類金屬之間發(fā)生。


為了理解獲得實(shí)施例的方式，通過(guò)參照附圖來(lái)提供各種實(shí)施例 的更具體描述。要理解，這些附圖僅說(shuō)明典型實(shí)施例，它們不一定 按規(guī)定比例繪制，因而不要看作是對(duì)其范圍的限制，將通過(guò)采用附 圖以附加特定性和細(xì)節(jié)來(lái)描述和說(shuō)明一些實(shí)施例，附圖包括
圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的微電子裝置的橫截面； 圖1B是進(jìn)一步處理之后、圖1A所示的微電子裝置的橫截面； 圖1C是進(jìn)一步處理之后、圖1B所示的微電子裝置的橫截面； 圖1D是進(jìn)一步處理之后、圖1C所示的微電子裝置的橫截面； 圖1E是進(jìn)一步處理之后、圖1D所示的微電子裝置的橫截面； 圖IF是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步處理之后、圖1C所示的微電
子裝置的橫截面；
圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、圖1C所示的納米焊膏復(fù)合材料的計(jì)算
機(jī)圖像橫截面細(xì)節(jié)；
圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板的橫截面；
圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步處理之后、圖3A所示的互連才莫
板的橫截面；
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板的橫截面； 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板的橫截面； 圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝的橫截面； 圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝的橫截面； 圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的過(guò)程流程圖；以及 圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
以下描述包括諸如上、下、第一、第二等的術(shù)語(yǔ)，它們僅用于 進(jìn)行描述而不是要理解為限制。本文所述的裝置或產(chǎn)品的實(shí)施例可 通過(guò)多個(gè)位置和取向來(lái)制造、使用或裝運(yùn)(ship)。術(shù)語(yǔ)"管芯"和"芯 片" 一般表示作為通過(guò)各種過(guò)程操作變換為預(yù)期集成電路裝置的基 本工件的物理對(duì)象。管芯通常從晶片分割，以及晶片可由半導(dǎo)體、 非半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體材料的組合來(lái)制作。底板(board)通常
是用作管芯的安裝襯底的樹(shù)脂浸漬玻璃纖維結(jié)構(gòu)。
一個(gè)實(shí)施例涉及嵌入納米焊料中的導(dǎo)線互連。納米焊料從包含
具有范圍從大約2納米(nm)至大約50 nm的直徑的金屬微粒的焊膏 產(chǎn)生。此后，焊膏回流，并得到范圍從大約50納米(nm)至大約20微 米(pm)大小的固化顆粒。 一個(gè)實(shí)施例包括基本上是相同的金屬的導(dǎo) 線互連和納米焊料。"基本上相同的金屬"意在表示金屬或合金的 基本上相同的化學(xué)成分。因此， 一個(gè)實(shí)施例包括一種以基本上是相 同金屬的導(dǎo)線互連和納米焊料的存在所允許的電流密度來(lái)操作裝置 的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于裝置可保持的電流密度高達(dá)106 amp/cm2。
現(xiàn)在參照附圖，其中，對(duì)相同結(jié)構(gòu)提供相同的附圖標(biāo)記。為了 最清楚地說(shuō)明結(jié)構(gòu)和過(guò)程的實(shí)施例，本文包含的附圖是實(shí)施例的圖 解表示。因此，例如顯微照片中的制造結(jié)構(gòu)的實(shí)際外觀可能看起來(lái) 不同，但仍然結(jié)合實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)。此外，附圖僅示出理解實(shí)施 例所需的結(jié)構(gòu)。沒(méi)有包括本領(lǐng)域已知的其它結(jié)構(gòu)，以保持附圖的清 晰。
圖1A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的微電子裝置100的橫截 面。例如可能是處理器,的管芯;的#底110包括用于從襯底100對(duì)外 部世界進(jìn)行電氣通信的接合焊盤(pán)112。，微電子裝置IOO表示為采用暴 露接合焊盤(pán)112的成型掩才莫114來(lái)處理。
在一個(gè)實(shí)施例中，接合焊盤(pán)112是可接觸若干金屬化層的任何 一個(gè)的銅金屬化上層。例如，諸如微電子裝置中的金屬一(M1，未示 出)等金屬化層與接合焊盤(pán)112進(jìn)行電氣接觸。在另一個(gè)實(shí)例中，諸 如金屬二(M2，未示出)等的金屬化層與接合焊盤(pán)112進(jìn)行電氣接觸。 M2與Ml進(jìn)行電氣接觸。在另一個(gè)實(shí)例中，諸如金屬三(M3，未示 出)等的金屬化層與接合焊盤(pán)112進(jìn)行電氣接觸。M3與M2進(jìn)行電氣 接觸，M2又與Ml進(jìn)行電氣接觸。在另二個(gè)實(shí)例中，諸如金屬四(M4， 未示出)等的金屬化層與接合焊盤(pán)112進(jìn)行電氣接觸。M4與M3進(jìn)行 電氣接觸。M3與M2迸行電.氣接觸，M2又與Ml進(jìn)行電氣接觸。 在另一個(gè)實(shí)例中，諸如金屬五(M5，未示出)等金屬化層與接合焊盤(pán)112
進(jìn)行電氣接觸。M5與M4進(jìn)行電氣接觸。M4與M3進(jìn)行電氣接觸。 M3與M2進(jìn)行電氣接觸，M2又與Ml進(jìn)行電氣接觸。在另一個(gè)實(shí) 例中，諸如金屬六(M6，未示出)等的金屬化層與接合焊盤(pán)112進(jìn)行 電氣接觸。M6與M5進(jìn)行電氣接觸。M5與M4進(jìn)行電氣接觸。M4 與M3進(jìn)行電氣接觸。M3與M2進(jìn)行電氣接觸，M2又與Ml進(jìn)行電 氣接觸。在另一個(gè)實(shí)例中，諸如金屬七(M7，未示出)等的金屬化層 與接合焊盤(pán)612進(jìn)行電氣接觸。M7與,M6進(jìn)行電氣接觸。M6與M5 進(jìn)行電氣接觸。M5與M4進(jìn)行電氣4妄觸。M4與M3進(jìn)行電氣接觸。 M3與M2進(jìn)行電氣接觸，M2又與Ml進(jìn)行電氣接觸。通過(guò)本公開(kāi)， 各種半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)可適用于各種實(shí)施例，這點(diǎn)將變得很清楚。
圖1B是進(jìn)一步處理之后、圖1所示的微電子裝置101的橫截面。 根據(jù)本公開(kāi)中闡述的各種實(shí)施例，在一個(gè)實(shí)施例中作為成型光致抗 蝕劑的成型掩模114已經(jīng)采用納米微粒焊膏116、如納米微粒焊膏粉 末116填充。
在一個(gè)實(shí)施例中，納米微粒焊膏116包括在處理中用于納米微 粒焊膏116的揮發(fā)性粘合劑和焊劑載體。在一個(gè)實(shí)施例中，沒(méi)有進(jìn) 行成型本身，而是平整地形成(bldnket form)力口焊劑的納米微粒(以下 稱作納米焊料)焊膏，^及在加熱到足夠溫度的過(guò)程中，焊劑載體液 化并優(yōu)先濕潤(rùn)接合焊盤(pán)112,并優(yōu)先變得避開(kāi)村底110，即，它不像 濕潤(rùn)接合焊盤(pán)112那樣濕潤(rùn)襯底110。襯底110可以是半導(dǎo)體、電介 質(zhì)以及它們的組合。
圖1C是進(jìn)一步處理之后、圖1B所示的^:電子裝置102的橫截 面。在這個(gè)實(shí)施例中，已經(jīng)去除成型掩模114?？赏ㄟ^(guò)將它從襯底110 拉開(kāi)，由此留下直接在接合焊盤(pán)112之上作為分立島形成的納米焊 膏116,來(lái)進(jìn)行成型掩模114的去除。
圖2示出圖1C所示的微電子裝置的一部分的放大。圖2截自圖 1C所示的虛線2中的區(qū)域。圖2示出作為焊膏基質(zhì)220中的金屬凝: 粒成分218的金屬微粒成分前體(precursor)。金屬微粒成分218包含
本公開(kāi)中闡述的金屬微粒成分實(shí)施例其中之一。由于焊膏基質(zhì)220 充分防止金屬微粒成分218受到腐蝕和/或氧化影響，所以金屬微粒 成分218可在回流期間阻止顯著的顆粒增長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，回 流之后的金屬微粒成分218具有范圍從大約50 nm至小于或等于大 約20iim的顆粒大小。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括具有范圍從大約2 nm 至50 nm的大小的微粒。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括 具有范圍從大約10 nm至大約30 nm的大小的孩i粒。在一個(gè)實(shí)施例 中，金屬微粒成分218包括具有小于或等于大約20 nm的98%的范 圍的大小的微粒。
由于微粒大小的實(shí)施例，引起從固體到固相線的轉(zhuǎn)變的金屬微 粒成分的金屬微粒的核化可在大約400°C或以下開(kāi)始。例如，金可 能在大約300。C遇到固-固相線(splid-to-solidus)轉(zhuǎn)變。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括等于或低于大約400°C 的熔解溫度。根據(jù)金屬類型和微粒大小，金屬微粒成分218可具有 幾百度的熔解溫度的變化。例如，固體金具有大約1064。C的熔解溫 度。當(dāng)金形成本文闡述的納米微粒時(shí)，熔解溫度可降低到大約300。C。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括具有小于或等于大約20 nm的范圍的微粒大小的第一金屬，以及第一金屬作為純金屬或者作 為宏觀單相合金單獨(dú)存在。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包 括銀(Ag)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括銅(Cu)。在一個(gè) 實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括金(Au)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微 粒成分218包括金錫合金(Au80Sn20)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成 分218包括錫(Sn)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括上述金 屬微粒成分中的至少兩個(gè)的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218 包括上述金屬微粒成分中的至少三個(gè)的組合。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218包括Au80Sn20焊料合金， 其中包含作為核心結(jié)果的Au以及作為殼層結(jié)構(gòu)的Sn。在一個(gè)實(shí)施
例中，第一金屬包括銀，以及殼層結(jié)構(gòu)從銅、金、鉛和錫中選取。 在一個(gè)實(shí)施例中，核心結(jié)構(gòu)包括金，以及殼層結(jié)構(gòu)從銅、銀、鉛和 錫中選取。在一個(gè)實(shí)施例中，核心結(jié)構(gòu)包括鉛，以及殼層結(jié)構(gòu)從銅、 銀、金和錫中選取。在一個(gè)實(shí)施例中，核心結(jié)構(gòu)包括錫，以及殼層 結(jié)構(gòu)從銅、銀、金和鉛中選取。在一個(gè)實(shí)施例中，上述核心結(jié)構(gòu)和 殼層結(jié)構(gòu)金屬微粒成分的任何一個(gè)包括以比殼層結(jié)構(gòu)更大量存在的 才亥心結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，核心結(jié)構(gòu)具有第一熔解溫度，以及殼層結(jié)構(gòu) 具有低于第一熔解溫度的第二熔解溫度。在這個(gè)實(shí)施例中，核心結(jié) 構(gòu)可以是金，以及殼層結(jié)構(gòu)可以是錫。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分218是核心和多殼層結(jié)構(gòu)。在 一個(gè)實(shí)施例中，金屬微粒成分包括第一部分和第二部分，但是該結(jié) 構(gòu)比核心-殼層結(jié)構(gòu)更為異質(zhì)凝聚。
圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板300的橫截面。 互連襯底322采用多個(gè)通路來(lái)制備，通路其中之一采用附圖標(biāo)記324 來(lái)表示。在一個(gè)實(shí)施例中，互連襯底322是中間層介電層(ILD)材料、 如聚酰亞胺材料。互連模板300的處理包括在通路324中形成互連。
在一個(gè)實(shí)施例中，互連襯底322采用掩模(未示出)來(lái)成型，以及 多個(gè)通路(via)324通過(guò)諸如釆用掩模進(jìn)行蝕刻等處理來(lái)形成，或者激 光穿過(guò)掩模同時(shí)形成通路324 ^及對(duì)掩模成型。可包括形成通路324 的其它過(guò)程，例如沖孔過(guò)程。
在一個(gè)實(shí)施例中，通路324通過(guò)在通路324中形成籽晶層326 來(lái)制備。掩模當(dāng)存在時(shí)防止籽晶層在通路324之外的任何位置上沉 積。在一個(gè)實(shí)施例中，籽晶層326通過(guò)籽晶材料的化學(xué)汽相沉積(CVD) 來(lái)形成。例如，在互連將為銅的情況下，CVD銅過(guò)程在等離子體條 件來(lái)進(jìn)行，以在制備填充通路324的銅的電解沉積中形成籽晶層326。 在一個(gè)實(shí)施例中，傾斜物理汽相沉積(PVD)在通路324的兩側(cè)進(jìn)行， 使得籽晶層326沿通路324基本上均勻地沉積。在PVD過(guò)程用于形
成籽晶層326的情況下，此后可通過(guò)采用掩模溶劑沖洗或者其它適 當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)掩模去除過(guò)程來(lái)去除掩模。
圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步處理之后、圖3A所示的互連 模板的橫截面?；ミB襯底322包括在供進(jìn)一步處理的制備中設(shè)置在 通路324中的籽晶層326。在一個(gè)實(shí)施例中，通路324已經(jīng)通過(guò)在通 路324中的籽晶層326上的導(dǎo)線互連328的電鍍來(lái)填充。
在一個(gè)實(shí)施例中，各導(dǎo)線互連328具有范圍從大約20 pm至大 約106 pm的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連328具有大約40 |_im 的厚度?；ミB厚度可包括籽晶層326。
順應(yīng)互連是可通過(guò)形成可彎曲(即順應(yīng)(compliant))而不會(huì)折斷地 與焊料突塊連接的互連來(lái)實(shí)現(xiàn)的。順應(yīng)互連是可通過(guò)將實(shí)質(zhì)上相同 的金屬用于兩種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。順應(yīng)互連也是可通過(guò)采用高寬縱橫 比結(jié)合用于兩種結(jié)構(gòu)的基本上相同的金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)實(shí)施例 中，導(dǎo)線互連328具有范圍從大約0.5:1至大約5:1的高寬縱橫比。 在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連328具有范圍從大約1:1至大約4:1的高 寬縱橫比。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連328具有范圍從大約2:1至大 約3:1的高寬縱4黃比。在一個(gè)實(shí)^例中，導(dǎo)線互連328具有大約3.5:1 的高寬縱橫比。
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板400的橫截面。 在一個(gè)實(shí)施例中，互連模板400包括互連村底422和導(dǎo)線互連428。 在這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連428是已經(jīng)通過(guò)在物理上將導(dǎo)線互連428 插入通路424來(lái)填充到互連褲褲422中的導(dǎo)線。在一個(gè)實(shí)施例中， 通過(guò)首先非電解浸鍍到通路424中，之后再進(jìn)行電鍍來(lái)填充通路424, 以^M亍電鏡。
圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的互連模板500的橫截面。 互連襯底522采用多個(gè)通路來(lái)制備，通路之一采用附圖標(biāo)記524來(lái) 表示。在一個(gè)實(shí)施例中，互連襯底522是中間層介電層(ILD)材料、 如聚酰亞胺材料。在這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連528是已經(jīng)通過(guò)在物理上將導(dǎo)線互連528插入通^:5i24來(lái)填充到互連模板522中的導(dǎo)線。 在一個(gè)實(shí)施例中，通路524已經(jīng)通過(guò)導(dǎo)線互連528的電鍍來(lái)填充。
處理已經(jīng)在具有上表面521和下表面523的互連襯底522中實(shí) 現(xiàn)導(dǎo)線互連528。導(dǎo)線互連528在互連襯底522之上和之下這兩者的 至少一個(gè)延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)互連襯底522進(jìn)行深蝕刻以暴 露互連528。
圖1D是進(jìn)一步處理之后、圖1C所示的微電子裝置103的橫截 面。使村底110、接合焊盤(pán)112和納米焊膏116與導(dǎo)線互連128、例 如設(shè)置在圖5所示的互連模板500中的導(dǎo)線互連528接觸。在一個(gè) 實(shí)施例中，導(dǎo)線互連128包括銀。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連128 包括銅。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連128包括金。在一個(gè)實(shí)施例中， 導(dǎo)線互連128包括金鐲令金A辨0Sr^0。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連 128包括錫。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連128包括上述金屬與合金的 組合。在一個(gè)實(shí)施例中，使本公開(kāi)中闡述的導(dǎo)線互連實(shí)施例的任何 一個(gè)與納米焊膏116接觸。
在一個(gè)實(shí)施例中，納米焊膏116包括在處理期間與焊膏混合的 焊劑載體。在一個(gè)實(shí)施例中，焊劑載體在加熱期間在焊膏116中激 活。在一個(gè)實(shí)施例中，焊劑載體是在大約150°C或以上時(shí)激活的磺 胺。在一個(gè)實(shí)施例中，焊劑可在例如從大約100。C至大約300。C的 更低溫度激活。
圖1E是進(jìn)一步處理之后、圖1D所示的微電子裝置104的橫截 面?；亓鬟^(guò)程已經(jīng)開(kāi)始，在這個(gè)時(shí)間中，焊膏基質(zhì)、如圖2所示的 焊膏基質(zhì)220已經(jīng)揮發(fā)r以泉拿屬微粒成分、如金屬微粒成分218 已經(jīng)回流到焊料突塊117中，其'中具有范圍從大約50 nm至小于或 等于大約20 pm的顆粒大小。對(duì)于將一于底110耦合到導(dǎo)線互連128 所述的回流過(guò)程可在組裝微電子裝置封裝的方法之前進(jìn)行。在一個(gè) 實(shí)施例中，該過(guò)程可與微電子裝置封裝的其它熱處理同時(shí)進(jìn)行。在 一個(gè)實(shí)施例中，該過(guò)程可在組裝微電子裝置封裝的某些元件之后進(jìn)
行，其中包括形成金屬微粒成分管芯聯(lián)結(jié)實(shí)施例。隨后討論這些及 其它實(shí)施例。
圖1F是進(jìn)一步處理之后、圖ID.所示的微電子裝置105的橫截 面。在一個(gè)實(shí)施例中，互連襯底122是可在導(dǎo)線互連128焊接到位 之后溶解的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，互連襯底122是可用作底部填 充材料的低k介電材料。在一個(gè)實(shí)施例中，互連模板122可在焊料 突塊117的回流中軟化。
在一個(gè)實(shí)施例中，接合焊盤(pán)112具有基本上正方形的覆蓋面積 以及大約106 imi的邊緣尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)相鄰接合焊盤(pán) 112的間距大約為175 )im。互連襯底才莫板122配置成基本上與具有 接合焊盤(pán)寬度和間距匹配配置的給定襯疼密切配合。
微電子裝置105包括安裝村底130,它通過(guò)導(dǎo)線互連128和回流 焊料突塊117與襯底110耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝襯底130是 具有安裝襯底接合焊盤(pán)132和安裝襯底焊料突塊134的第二級(jí)襯底。 在一個(gè)實(shí)施例中，安裝襯底焊料突塊134是與導(dǎo)線互連128基本上 相同的金屬或合金，并且它可以是回流納米焊料。因此，消除了顯 著的電遷移，因?yàn)楹噶贤粔K和導(dǎo)線互連的材料是基本上相同的金屬 或合金。類似地，基本上消除了熱失配，因?yàn)榛亓骷{米焊料突塊和 導(dǎo)線互連的材料基本上是相同的金屬或合金。
圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的封裝600的橫截面。例如可能是處理 器的管芯的襯底610包括用于從襯底610對(duì)外部世界進(jìn)行電氣通信 的接合焊盤(pán)612。在一個(gè)實(shí)施例中，接合焊盤(pán)612是可接觸若干金屬 化層的任何一個(gè)的銅金屬化上層。根據(jù)本公開(kāi)闡述的各種實(shí)施例， 回流納米焊料突塊617聯(lián)結(jié)到襯底610以及聯(lián)結(jié)到導(dǎo)線互連628。
在一個(gè)實(shí)施例中，各導(dǎo)線互連628具有范圍從大約20 pm至大 約106 pm的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連628具有大約40 pm 的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連628具有范圍從大約0.5:1至大 約5:1的高寬縱橫比。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連628具有范圍從大
約1:1至大約4:1的高寬縱^f黃比。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線互連628具 有范圍從大約2:1至大約3:1的高寬縱橫比。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)線 互連628具有大約3.5:1的高寬縱橫比。
封裝160包括安裝襯底630,,它通過(guò)安裝襯底接合焊盤(pán)632與襯 底610進(jìn)行通信。安裝襯底接合焊盤(pán)632焊接到具有安裝襯底焊料 突塊634的導(dǎo)線互連628。根據(jù)本公開(kāi)中闡述的實(shí)施例的任何一個(gè)， 安裝村底焊料突塊634還可^^回流納米焊料中產(chǎn)生。
在一個(gè)實(shí)施例中，安裝襯底630是第二級(jí)襯底、如處理器的插 件(interposer)。安裝襯底630還采用底板突塊(bump)636升高，用于 安裝到底板、如主板上。
圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在處理期間的微電子裝置700的橫截面。 裝置700包括管芯710,其中包括多個(gè)管芯接合焊盤(pán)712?；亓骷{米 焊料突塊717將管芯710與其它電氣連接耦合。根據(jù)本公開(kāi)中闡述 的導(dǎo)線互連實(shí)施例的任何一個(gè)，裝置700還包括導(dǎo)線互連728。導(dǎo)線 互連728通過(guò)根據(jù)本公開(kāi)中闡述的納米焊膏實(shí)施例的任何一個(gè)從納 米焊膏中產(chǎn)生的回流焊料突塊717來(lái)與安裝襯底730耦合。
在一個(gè)實(shí)施例中，裝置700包括底板突塊736和底板738、如母 板。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯710通過(guò)熱界面740粘合到散熱片742、 如集成散熱器(HIS)。還說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的互連模板722。互 連模板722表示為還用作底部填充材料，它可被轉(zhuǎn)化并回流，以保 護(hù)管芯710與安裝襯底730之間的電氣連接。
本公開(kāi)中闡述的突塊實(shí)施例還可適用導(dǎo)線粘合技術(shù)。當(dāng)熔點(diǎn)在 大約400。或以下的范圍內(nèi)開(kāi)始時(shí)，導(dǎo)線粘合的過(guò)程可在保存導(dǎo)線粘 合裝置的熱平衡的條件下執(zhí)行。此外，粘合導(dǎo)線可基本上是與納米 焊料成分相同的金屬或合金。
圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的過(guò)程流程圖800。納米焊膏的處理分別 在形成管芯聯(lián)結(jié)和/或焊料突塊的過(guò)程中以及在組裝封裝管芯的方法 中執(zhí)行。
在810，根據(jù)本文闡述的實(shí)施例的任何一個(gè)，納米焊膏實(shí)施例在
襯底上成型。
在820，根據(jù)本文闡述的實(shí)施例的任何一個(gè)，導(dǎo)線互連在互連模 板中形成。在810與820之間，過(guò)程可朝任一方向循環(huán)；通過(guò)811 或821。
在830，納米焊料成分在襯底上回流。通過(guò)圖1E中的說(shuō)明，回 流納米焊料衍生突塊117表示為以比作為宏觀大塊材料的各個(gè)金屬 的熔解溫度明顯更低的溫度形成金屬成分。在831，過(guò)程流程可從回 流納米微粒焊膏的過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行到將管芯組裝為封裝的方法。在 832， 一個(gè)過(guò)程實(shí)施例完成。
任選地，在導(dǎo)線粘合技術(shù)中，在管芯上對(duì)納米微粒焊膏粉末成 型的過(guò)程在將導(dǎo)線粘合焊料突塊設(shè)置到管芯期間依次執(zhí)行。
在840,包括焊料或納米微粒焊膏的管芯組裝到封裝中。作為說(shuō) 明，圖6示出具有至少一個(gè)安裝襯底630的管芯610的組裝。在841， 過(guò)程流程可從將管芯組裝到封裝中的方法繼續(xù)進(jìn)行，之后進(jìn)行使納 米焊料成分回流到焊料突塊中的過(guò)程。在842, —個(gè)方法實(shí)施例完成。
圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算系統(tǒng)900的說(shuō)明。金屬微粒成分、 管芯聯(lián)結(jié)成分和/或焊料突塊成分的上述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)可用于 計(jì)算系統(tǒng)、如圖9的計(jì)算系統(tǒng)900中。下文中，獨(dú)立的或者與其它 任何實(shí)施例結(jié)合的任何實(shí)施例稱作金屬微粒成分實(shí)施例。
計(jì)算系統(tǒng)900包括例如裝入封裝910中的至少一個(gè)處理器(未示 出)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)912、例如鍵盤(pán)914等至少一個(gè)輸入裝置以及諸 如監(jiān)視器916等至少一個(gè)輸出裝置。計(jì)算系統(tǒng)900包括處理數(shù)據(jù)信 號(hào)的處理器，并且可包括例如從Intel Coipomtion可得到的微處理器。 除了鍵盤(pán)914之外，計(jì)算系統(tǒng)900可包括另一個(gè)用戶輸入裝置、例 如鼠標(biāo)918。計(jì)算系統(tǒng)900可對(duì)應(yīng)于包括回流納米焊^F或者與回流納 米焊料的導(dǎo)線互連的結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)。因此，封裝910(包括管芯)和 底板920可包括這些結(jié)構(gòu)。
為了本公開(kāi)的目的，包含根據(jù)要求權(quán)益的主題的組件的計(jì)算系
統(tǒng)900可包括采用微電子裝置系統(tǒng)的任何系統(tǒng)，例如可包括與諸如 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、聚合物存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器和相變存 儲(chǔ)器等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備耦合的回流納米焊料實(shí)施例的至少一個(gè)。在這 個(gè)實(shí)施例中，回流納米焊料實(shí)施例通過(guò)耦合到處理器來(lái)與這些功能 性的任何組合耦合。但是，在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)中闡述的回流 納米焊料成分實(shí)施例與這些功能性的任一個(gè)耦合。對(duì)于一個(gè)示例實(shí) 施例，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備包括管芯上的嵌入式DRAM高速緩存。另外， 在一個(gè)實(shí)施例中，與處理器(未示出)耦合的回流納米焊料成分實(shí)施例 是具有與DRAM高速緩存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備耦合的回流納米焊料成分 實(shí)施例的系統(tǒng)的組成部分。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，回流納米焊料 成分實(shí)施例與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備912耦合。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)還可包括包含數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、微控制器、專用集成電路(ASIC)或者微處理器的管芯。在這 個(gè)實(shí)施例中，回流納米焊料成分實(shí)施例通過(guò)耦合到處理器來(lái)與這些 功能性的任何組合耦合。對(duì)于一個(gè)示例實(shí)施例，DSP(未示出)是可包 括獨(dú)立處理器(在封裝910中)的芯片組的組成部分，以及該DSP作 為底板920上的芯片組的獨(dú)立部分。在這個(gè)實(shí)施例中，回流納米焊 料成分實(shí)施例與DSP耦合，以及可能存在與封裝910中的處理器耦 合的獨(dú)立回流納米焊料成分實(shí)施例。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，回流 納米焊料成分實(shí)施例耦合到在與封裝910相同的底板920上安裝的 DSP。現(xiàn)在可以理解，結(jié)合通過(guò)本公開(kāi)的各種實(shí)施例及其等同物所闡 述的回流納米焊料成分實(shí)施例，回流納米焊料成分實(shí)施例可如針對(duì) 計(jì)算系統(tǒng)900所闡述那樣進(jìn)行組合。
本公開(kāi)中闡述的回流納米焊料成分實(shí)施例可適用于與傳統(tǒng)計(jì)算 機(jī)不同的裝置和設(shè)備。例如，管芯可采用回流納米焊料成分實(shí)施例 來(lái)封裝，并設(shè)置在諸如無(wú)線通信器等的便攜裝置或者諸如個(gè)人數(shù)據(jù) 助理等的手持裝置中。另一個(gè)實(shí)例是可采用回流納米焊料成分實(shí)施
例來(lái)封裝并設(shè)置在諸如汽車、機(jī)車、船只、飛機(jī)或太空船等交通工 具中的管芯。
在另一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)900的操作采用原本對(duì)于傳統(tǒng)塊 和導(dǎo)線互連結(jié)構(gòu)是有害的電流密度來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算
系統(tǒng)90Q的操作采用大約10、mp/cr^與大約106 amp/cm2之間的電流 密度來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算系蔬900的操作采用大約104 amp/cn^與大約106 amp/cm2之間的電流密度來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例 中，計(jì)算系統(tǒng)900的操作采用大約10Samp/cn^與大約1()Samp/cn^之 間的電流密度來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)900的操作采用 高于106 amp/cn^的電流密度、但低于會(huì)使導(dǎo)線互連和回流納米焊料 突塊的具體材料達(dá)到固相線的電流密度來(lái)執(zhí)行。
"摘要"是根據(jù)37 C.F.R.§ 1.72(b)來(lái)提供的，該條款要求允許讀 者快速確定技術(shù)公開(kāi)的性質(zhì)和要點(diǎn)的摘要。應(yīng)當(dāng)理解，它的提供并 不是用于解釋或限制杈利要求書(shū)的范圍或含義。
在以上詳細(xì)說(shuō)明中，各種特征集中到單一實(shí)施例中，用于簡(jiǎn)化 本公開(kāi)。這種公開(kāi)的方法不應(yīng)解釋為反映了要求權(quán)益的本發(fā)明的實(shí) 施例需要超過(guò)各權(quán)利要求中明確描述的特征的目的。而是，如以下 權(quán)利要求所反映的那樣，創(chuàng)造性主題在于少于單個(gè)公開(kāi)實(shí)施例的全 部特征。因此，以下權(quán)利要求在這里結(jié)合到詳細(xì)說(shuō)明中，其中各權(quán) 利要求本身代表單獨(dú)的優(yōu)選實(shí)施例。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，可在不背離所附權(quán)利要求書(shū)中表 達(dá)的本發(fā)明的原理和范圍的前提下，對(duì)為解釋本發(fā)明的性質(zhì)而描述 和說(shuō)明的部分和方法階段的細(xì)節(jié)、材料及安排方面進(jìn)行各種其它改 變。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)線互連產(chǎn)品，包括焊料突塊，設(shè)置在接合焊盤(pán)上，其中，所述焊料突塊包括第一金屬和從大約50納米至大約1微米范圍的顆粒大??；以及導(dǎo)線互連，與所述焊料突塊接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連包括與所述第 一金屬基本上相同的金屬。
3. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連具有從大約20至大約120微米范圍的厚度。
4. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連具有從大約40至大約106微米范圍的厚度。
5. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連包括籽晶層外殼和電鍍核心的復(fù)合材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連具有大約0.5:1與5:1之間的縱橫比。
7. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，還包括包 裝所述導(dǎo)線互連的導(dǎo)線模板。
8. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其特征在于，所述導(dǎo)線 互連是從銀、銅、金、金錫合拿,Au80Sn20、錫、錫-4艮以及它們的組 合中選取的金屬或合金。.
9. 一種過(guò)程，包括 在村底上形成納米微粒焊膏； 使所述納米微粒焊膏與導(dǎo)線互連接觸；以及 使所述納米微粒焊膏回流以形成導(dǎo)線互連產(chǎn)品。
10. 如權(quán)利要求9所述的過(guò)程，其特征在于，在形成所述納米微 粒焊膏之前形成所述納米微粒焊膏，以及所述納米微粒焊膏包括從 大約2 nm至大約50 nm范圍的平均微粒大小。
11. 如權(quán)利要求9所述的過(guò)程，其特征在于，所述納米微粒焊膏包括金屬，所述金屬是與所述導(dǎo)線互連基本上相同的金屬，以及回 流在回流第一溫度執(zhí)行，此后所述焊料突塊具有大于所述回流第一 溫度的回流第二溫度。
12. 如權(quán)利要求9所述的過(guò)程，其特征在于，還包括 在支座中形成所述導(dǎo)線互連，其中，形成所述導(dǎo)線互連的步驟從以下步驟中選取在支座通孔中電鍍所述導(dǎo)線互連，將所述導(dǎo)線 互連插入所述支座通孔，以及它們的組合。
13. 如權(quán)利要求9所述的過(guò)程，其特征在于，還包括 將所述焊料突塊和導(dǎo)線互連產(chǎn)品耦合到從第一級(jí)安裝襯底、第二級(jí)安裝襯底、插件、母板以及它們的組合中選取的襯底。
14. 一種組裝微電子裝置封裝的方法，包括 在管芯有效表面上形成焊料前體，其中，所述焊料前體包括其中包含小于或等于大約20 nm范圍的微粒大小的第一金屬，以及所 述焊料前體包括等于或低于大約40(TC的熔解溫度；以及 將所述管芯耦合到安裝襯底。
15. 如權(quán)利要求14所述的組裝^t電子裝置封裝的方法，其特征 在于，還包括使所述焊料前體回流，從以下步驟中選取在耦合所述管芯之 前回流，在耦合所述管芯期間回流，在耦合所述管芯之后回流，以 及它們的組合。
16. 如權(quán)利要求14所述的組裝微電子裝置封裝的方法，其特征 在于，還包括將集成散熱器連接到所述管芯。
17. —種操作微電子裝置的方法，包括使電流通過(guò)焊料突塊和導(dǎo)線互連產(chǎn)品，其中，所述電流處于焊 料突塊和微電子裝置的范圍內(nèi)，所述微電子裝置包括設(shè)置在接合焊 盤(pán)上的焊料突塊，所述焊料突塊包括第一金屬以及從50納米至大約1微米范圍的顆粒大小，導(dǎo)線互連與所述焊料突塊接觸。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述焊料突塊和 導(dǎo)線互連產(chǎn)品與管芯接合焊盤(pán)接觸，以及所述電流密度處于103 amp/cm2與106 amp/cm2之間。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述焊料突塊和 導(dǎo)線互連產(chǎn)品與管芯接合焊盤(pán)接解，所述電流密度處于103 amp/cm2 與106 amp/cm2之間，以及使電流逸過(guò)所述焊料突塊的步驟包括將處 理器作為微電子裝置來(lái)進(jìn)行操作。
20. —種計(jì)算系統(tǒng)，包括 設(shè)置在安裝襯底上的微電子管芯；a將所述微電子管芯耦合到所述安裝襯底的焊料突塊，所述焊料 突塊包括具有從大約50納米(nm)至小于或等于大約20微米Oim)范圍的顆 粒大小的第一金屬，以及所述焊料成分包括等于或低于大約40(TC的 熔解溫度；以及與所述管芯耦合的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。
21. 如權(quán)利要求20所述的計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)設(shè) 置在下列之一中計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信器、手持裝置、汽車、機(jī)車、 飛機(jī)、船只和太空船。
22. 如權(quán)利要求20所述的計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述微電子 管芯從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理器^微控制器、專用集成電路 和微處理器中選取。
全文摘要
納米金屬微粒成分包括具有大約50納米或者更小的微粒大小的第一金屬。導(dǎo)線互連與回流納米焊料接觸，并且具有與回流納米焊料相同的金屬或合金成分。還公開(kāi)了采用回流納米焊料成分的微電子封裝。一種組裝微電子封裝的方法包括制備導(dǎo)線互連模板。計(jì)算系統(tǒng)包括與導(dǎo)線互連耦合的納米焊料成分。
文檔編號(hào)H01L23/498GK101208799SQ200680022890
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
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