具有金属间连接结构的电子系统及其制造方法技术方案

一种电子系统(100)包括：至少部分导电的载体(102)；电子部件(104)；和金属间连接结构(106)，其连接载体(102)和部件(104)并且包括处于金属间连接结构(106)的中心部分中的金属间网状物结构(108)和没有金属间网状物并且分别相应地布置在金属间网状物结构(108)与载体102或部件(104)之间的相反的外部结构(110、112)。112)。112)。

【技术实现步骤摘要】
具有金属间连接结构的电子系统及其制造方法


[0001]各种实施例总体上涉及一种电子系统和一种制造电子系统的方法。

技术介绍

[0002]传统的电子系统可以包括焊接在诸如引线框架的芯片载体上的电子部件，并且可以可选地使用模制化合物作为包封材料来模制。

技术实现思路

[0003]可能需要在电子系统中高可靠性地将电子部件与导电载体连接。
[0004]根据一个示例性实施例，提供了一种电子系统，其包括至少部分导电的载体、电子部件和金属间连接结构，所述金属间连接结构连接载体和部件并且包括处于金属间连接结构的中心部分中的金属间网状物结构和没有金属间网状物并且分别相应地布置在金属间网状物结构与载体或部件之间的相反的外部结构。
[0005]根据另一个示例性实施例，提供了一种制造电子系统的方法，其中，所述方法包括：通过金属间连接结构将至少部分导电的载体与电子部件连接；以及形成金属间连接结构，所述金属间连接结构具有处于金属间连接结构的中心部分中的金属间网状物结构和没有金属间网状物并且分别相应地布置在金属间网状物结构与载体或部件之间的相反的外部结构。
[0006]根据一个示例性实施例，导电载体(例如引线框架)和电子部件(例如半导体裸片)在电子系统(例如封装体或模块)中通过金属间连接结构相互连接(特别是通过焊接)。有利地，所述金属间连接结构可以包括其中不同金属形成连续网络的中心金属间网状物结构，并且可以包括不具有金属间网状物形式的连续网络的外围或外部结构。描述性地讲，金属间网状物结构可以形成机械强度高的高温稳定骨架，保持焊料型金属间连接结构的完整性，从而防止电子系统内部层离。没有金属间网状物的第一外部结构可以位于金属间网状物结构与载体之间，而没有金属间网状物的第二外部结构可以位于金属间网状物结构与部件之间。有利地，金属间网状物可以在载体与部件之间形成高度可靠的机械和/或电连接，从而能够承受高热和机械负载而没有破裂或分离的风险。可以可靠地防止在稍后温度升高的情况下金属间连接结构的不希望的重熔。有利地，可以实现部件与载体之间的自上而下的连接，与传统的连接结构相比，这显著提高了所获得的电子系统的可靠性。描述性地讲，外部结构可以是互连之前载体和部件上以及它们之间的金属结构的所留之物，并且可以有利地平滑载体与部件之间的过渡。这可以避免金属间网状物与载体和部件之间的突变的材料界面。
[0007]进一步示例性实施例的描述
[0008]在下文中，将解释所述方法和电子系统的进一步示例性实施例。
[0009]在本申请的上下文中，术语“电子系统”可以特别地表示包括一个或多个电子部件的电子器件，可选地使用包封材料进行包封。此外，用于电子部件的载体可以在电子系统中
实施。例如，这样的电子系统可以是模块或封装体。
[0010]在本申请的上下文中，术语“电子部件”特别地可以包括半导体芯片(特别是功率半导体芯片)、有源电子器件(例如晶体管)、无源电子器件(例如电容或电感或欧姆电阻)、传感器(例如麦克风、光传感器或气体传感器)、致动器(例如扬声器)和微机电系统(MEMS)。然而，在其它实施例中，电子部件也可以是不同类型的，例如机电构件、特别是机械开关等。
[0011]在本申请的上下文中，术语“金属间连接结构”可以特别地表示可靠地连接部件和载体并且包括多种不同金属成分的介质。
[0012]在本申请的上下文中，术语“金属间网状物结构”可以特别地表示金属基质中不同金属材料构成的金属结构的网络，所述网络在相反的金属外部结构之间形成连续连接(金属外部结构没有这种网络)。金属间网状物结构可以包括纤维或细丝，它们可以由不同金属材料的连接的金属颗粒组成。例如，这种纤维或细丝可以相融或互连。
[0013]在本申请的上下文中，术语“没有金属间网状物的外部结构”可以特别地表示将金属间网状物结构与电子部件或导电载体连接但没有不同金属构成的连续网络的金属结构。外部结构可以是金属间结构，但在外部结构中没有形成建立不间断的垂直连接的不同金属成分构成的不间断网络。外部结构也可以包括不同的金属材料，但是这些金属材料不会形成网状物或网络形式的连续垂直连接。与此相比，外部结构可以包括基质金属，其中可以嵌入单独的金属岛和/或短的金属间片段，而不形成穿过基质金属的连续垂直连接。没有金属间网状物的外部结构也可以提供机械和/或导电连接而没有连续的垂直金属间网络，并且可以是制造过程、例如根据图1至图8的制造过程所留之物。
[0014]在一个实施例中，载体包括引线框架结构(例如由铜制成)。因此，载体可以被实施为图案化金属板，从而，可以以简单且易加工的方式实施。
[0015]然而，载体可以替代性地以另一种方式实施，例如实施为包括中心电绝缘导热片(例如由陶瓷制成)和中心电绝缘导热片的一个或两个相反的主表面上所覆盖的导电层(例如铜层或铝层)。例如，载体可以被实施为DAB(直接铝接合)、DCB(直接铜接合)衬底等。此外，载体也可以被配置为活性金属钎焊(AMB)衬底。
[0016]在一个实施例中，载体包括导电主体(例如由铜或铝制成)，其部分地被金属扩散阻挡层覆盖。例如，主体的表面或其一部分可以覆盖有由镍制成的金属扩散层。这可以抑制材料从主体过度扩散到金属间连接结构中。
[0017]在一个实施例中，部件包括覆盖有背面金属化部的半导体本体，所述背面金属化部连接到金属间连接结构。例如，半导体本体可以由硅制成。至少一个单片集成电路元件可以形成在半导体本体中，例如晶体管结构和/或二极管结构。例如，其中单片集成了至少一个集成电路元件的半导体本体的有源表面可以与半导体本体的施加有背面金属化部的另一表面相反。
[0018]在一个实施例中，金属间连接结构包括用于在部件与载体之间产生焊料连接的焊料基质。例如，焊料基质可以由具有低于金属间网状物结构的每个其它金属元素的熔化温度的熔化温度的可焊接材料(优选锡)制成。在回流工艺期间，选择性地仅焊料基质的材料可熔化或可变成液体或可流动，而可能在这种回流工艺期间形成的金属间网状物结构的不同金属材料可能保持固体颗粒并因此可能溶解在可流动的焊料基质中。这为在具有较低熔点的焊料基质内形成具有高熔点的金属间网状物结构提供了良好的基础，从而使金属间连
接结构在其形成后得到可靠的保护，不会发生不希望的重熔。
[0019]在一个实施例中，焊料基质包括锡。其它可焊接材料也是可能的。
[0020]在一个实施例中，金属间连接结构包括至少一种金属间相促进剂金属构成的金属间相促进剂颗粒(其可以是宏观或微观颗粒，或者甚至是原子水平的颗粒)，用于促进金属间相在金属间连接结构内的形成。这种金属间相促进剂颗粒可以促进金属间网状物结构的形成，并且可以包括在电子系统制造期间施加在载体与电子部件之间的焊膏中。例如，所述至少一种金属间相促进剂金属包括银和/或铜。与金属间连接结构的焊料基质(例如锡)相比，此类材料可以具有更高的熔点，并且能够与可流动焊料介质中的其它金属形成金属间相。
[0021]在一个实施例中，金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子系统(100)，其中，所述电子系统(100)包括：
·
至少部分导电的载体(102)；
·
电子部件(104)；和
·
金属间连接结构(106)，其连接载体(102)和部件(104)并且包括：ο处于金属间连接结构(106)的中心部分中的金属间网状物结构(108)；和ο相反的外部结构(110、112)，其没有金属间网状物并且分别相应地布置在金属间网状物结构(108)与载体(102)或部件(104)之间。2.根据权利要求1所述的电子系统(100)，其中，所述载体(102)包括引线框架结构。3.根据权利要求1或2所述的电子系统(100)，其中，所述载体(102)包括被金属扩散阻挡层(116)部分覆盖的导电主体(114)。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电子系统(100)，其中，所述部件(104)包括覆盖有背面金属化部(120)的半导体本体(118)，所述背面金属化部(120)连接到金属间连接结构(106)。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电子系统(100)，其中，所述金属间连接结构(106)包括用于在所述部件(104)与所述载体(102)之间产生焊料连接的焊料基质(122)。6.根据权利要求5所述的电子系统(100)，其中，所述焊料基质(122)包括锡。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的电子系统(100)，其中，所述金属间连接结构(106)包括至少一种金属间相促进剂金属构成的金属间相促进剂颗粒(124)，用于促进金属间相在所述金属间连接结构(106)内的形成。8.根据权利要求7所述的电子系统(100)，其中，所述至少一种金属间相促进剂金属包括由银和铜组成的组中的至少一种。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的电子系统(100)，其中，所述金属间网状物结构(108)和所述外部结构(110、112)包括相同的金属间材料。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的电子系统(100)，其中，所述电子系统包括以下特征中的至少一个：金属间连接结构(106)包括至少一种金属间相加速金属构成的金属间相加速颗粒(126)，用于加速金属间网状物结构(108)的形成，其中，特别地，所述至少一种金属间相加速金属包括由钯、金、铂、钒和锌组成的组中的至少一种；金属间连接结构(106)不含铅；金属间连接结构(106)的垂直厚度(D)在5μm至50μm的范围内、特别是在10μm至30μm的范围内、更特别是在10μm至20μm的范围内；所述电子系统包括至少一种金属间相加速金属构成的金属间相加速层(128)，其用于加速金属间网状物结构(108)的形成，并且布置在载体(102)与金属间连接结构(106)之间，其中，特别地金属间相加速层(128)为单层或双层；金属间网状物结构(108)的部分垂直厚度相对于整个金属间连接结构(106)的整个垂直厚度(D)至少为80％；金属间网状物结构(108)形成在外部结构(110、112)之间的整个垂直间距间连续延伸的相互连接的多金属颗粒的分叉网络；金属间网状物结构(108)相对于整个金属间连接结构(106)的重量百分比在1％的重量
百分比至30％的重量百分比的范围内、特别是在3％的重量百分比至8％的重量百分比的范围内、更特别是在4.5％的重量百分比至6.5％的重量百分比的范围内；金属间连接结构(106)具有包括锡与铜和银的合金化的成分的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志洋，E，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：