电子设备制造技术

根据本公开的电子设备(1)包括半导体基板(2)、芯片(3)和凸块(4)。所述芯片(3)具有与所述半导体基板(2)的热膨胀系数不同的热膨胀系数。所述凸块(4)将设置在所述半导体基板(2)和所述芯片(3)的相对主面上的连接焊盘(21,31)进行连接。所述凸块(4)具有多孔金属层(41)和金属膜(42,43)。所述金属膜(42,43)设置在设于所述半导体基板(2)上的连接焊盘(21)和所述多孔金属层(41)之间的部分以及设于所述芯片(3)上的连接焊盘(31)和所述多孔金属层(41)之间的部分中的至少一者上，并且设置在所述多孔金属层(41)的侧面上。属层(41)的侧面上。属层(41)的侧面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子设备


[0001]本公开涉及一种电子设备。

技术介绍

[0002]作为将电子部件的芯片安装在半导体基板上的技术，例如，存在一种倒装芯片安装，其中从半导体基板的上表面突出的金属凸块与芯片的下表面上设置的连接焊盘在过热的同时彼此连接并彼此紧压(例如，参见专利文献1)。块状的金、铜、焊料等通常被用作凸块的材料。
[0003]引用文献列表
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：JP 2011
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077308 A

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]然而，当热膨胀系数与半导体基板不同的芯片使用块状的金或铜作为凸块的材料被倒装芯片安装在半导体基板上时，需要在高温高压下通过凸块进行连接，这会损坏芯片并降低电子设备的可靠性。
[0008]另一方面，当焊料被用作凸块的材料时，半导体基板和芯片可以在相对低温和低压下彼此连接，但连接强度低于金或铜的凸块的连接强度。因此，如果半导体基板和芯片之间的热膨胀系数不同，则在连接强度方面可靠性会降低。
[0009]另外，随着电子设备小型化，使用微细间距的凸块以电气连接到半导体基板和芯片是倒装安装的课题。
[0010]因此，本公开提出了一种高度可靠的电子设备，其中热膨胀系数与半导体基板不同的芯片通过微细间距的凸块被倒装芯片安装在半导体基板上。
[0011]问题的解决方案
[0012]根据本公开，提供一种电子设备。根据本公开的电子设备包括半导体基板、芯片和凸块。所述芯片具有与所述半导体基板的热膨胀系数不同的热膨胀系数。所述凸块将设置在所述半导体基板和所述芯片的相对主面上的连接焊盘进行连接。所述凸块具有多孔金属层和金属膜。所述金属膜设置在设于所述半导体基板上的连接焊盘和所述多孔金属层之间的部分以及设于所述芯片上的连接焊盘和所述多孔金属层之间的部分中的至少一者上，并且设置在所述多孔金属层的侧面上。
附图说明
[0013]图1是示出根据本公开的电子设备的断面的说明图。
[0014]图2A是示出根据本公开在半导体基板上形成凸块的过程的说明图。
[0015]图2B是示出根据本公开在半导体基板上形成凸块的过程的说明图。
[0016]图2C是示出根据本公开在半导体基板上形成凸块的过程的说明图。
[0017]图2D是示出根据本公开在半导体基板上形成凸块的过程的说明图。
[0018]图3A是示出根据本公开在芯片上形成凸块的过程的说明图。
[0019]图3B是示出根据本公开在芯片上形成凸块的过程的说明图。
[0020]图3C是示出根据本公开在芯片上形成凸块的过程的说明图。
[0021]图3D是示出根据本公开在芯片上形成凸块的过程的说明图。
具体实施方式
[0022]在下文中，本公开的实施方案将参照附图进行详细说明。注意，在以下的实施方案中，由相同的附图标记和相同的剖面线表示相同的部件，从而可以省略冗余的说明。
[0023][1.电子设备的截面结构][0024]如图1所示，根据本公开的电子设备1包括半导体基板2、芯片3和将设置在半导体基板2和芯片3的相对主面上的连接焊盘21和31进行连接的连接部(在下文中，被称为凸块4)。
[0025]芯片3例如是半导体激光器，其中连接焊盘31和半导体激光器的发光单元32等形成在砷化镓(GaAs)的基材的内部。发光单元32包括二维布置的多个发光元件321，以发射激光。可选择地，在芯片3的基材上形成的电子部件可以是半导体激光器的发光单元32以外的任何电子部件。另外，芯片3的基材例如可以是诸如磷化铟(InP)等半绝缘性基材。
[0026]例如，半导体基板2是硅(Si)基板，其内部形成有驱动半导体激光器的驱动电路22。可选择地，在半导体基板2的内部形成的电子电路可以是半导体激光器的驱动电路22以外的任何电子电路。
[0027]在电子设备1中，芯片3是安装在半导体基板2上的倒装芯片，半导体基板2内的驱动电路22与作为半导体激光器的芯片3通过凸块4彼此电气连接。
[0028]这里，在一般的倒装芯片安装中，在紧压设置在半导体基片或芯片相对主面上的由诸如金(Au)、铜(Cu)或焊料等金属制成的块状凸块的同时，芯片通过加热而被安装在半导体基片上。
[0029]然而，如果半导体基板和芯片的热膨胀系数彼此相差例如0.1ppm/℃以上，则当块状的Au、Cu、焊料等被用作凸块的材料时，就会出现以下问题。
[0030]例如，当块状的Au被用作凸块的材料时，需要将凸块加热到300℃以上的高温，并在半导体基板和芯片之间施加100MPa以上的高压，以使热膨胀系数不同的半导体基板和芯片通过凸块稳定地彼此连接。
[0031]当块状的Cu被用作凸块的材料时，需要将凸块加热到380℃以上。因此，当块状的Au或Cu被用作凸块的材料时，凸块的连接需要在高温高压下进行，并且这种高温高压可能会损坏芯片，这可能会降低电子设备的可靠性。
[0032]另一方面，当焊料被作为凸块的材料时，与Au和Cu相比，凸块的连接可以在低温低压下进行，但焊料在耐热性和连接强度方面不如Au和Cu。为此，在焊料的凸块的情况下，例如，当芯片由于安装在芯片上的诸如半导体激光器等电子部件产生热量而热膨胀时，由于半导体基板和芯片之间的热膨胀系数的差异，可能会发生开路故障，这可能会降低电子设备的可靠性。
[0033]这里，如上所述，根据本公开的半导体基板2是具有5.7ppm/℃的热膨胀系数的Si基板。另一方面，根据本公开的芯片3的基材是具有2.6ppm/℃的热膨胀系数的GaAs。
[0034]因此，在电子设备1中，半导体基板2和芯片3之间的热膨胀系数之差远远大于0.1ppm/℃。为此，在电子设备1中，当凸块的材料是块状的Au、Cu或焊料时，就可能会发生上述问题，并且可能会降低可靠性。
[0035]为了解决该问题，例如，电子设备1的凸块4包括Au的多孔金属层41。多孔金属层41包含粒径为0.005μm～1.0μm的Au粒子。可选择地，例如，多孔金属层41的成分可以是Cu、银(Ag)或铂(Pt)。
[0036]由于粒径的尺寸效应，包含粒径为0.005μm～1.0μm的金属粒子的多孔金属层41可以在低于块状金属的熔点的温度下进行金属接合。例如，多孔金属层41可以在成分为Au时约100℃、成分为Ag时约250℃、成分为Cu时约150℃的温度下连接半导体基板2和芯片3。这使得电子设备1减少了由于热量对芯片3的损坏，并由此提高了可靠性。
[0037]另外，多孔金属层41具有弹性，因此例如，即使芯片3由于半导体激光器产生的热量而以与半导体基板2不同的热膨胀系数膨胀，也发生弹性变形，这也可以抑制开路故障的发生。这使得电子设备1与例如使用焊料的凸块的情况相比提高了可靠性。
[0038]电子设备1通过如下过程制造：将芯片3堆叠在上表面上设置有凸块4的半导体基板2上；在未熔融多孔金属层4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子设备，包括：半导体基板；芯片，其具有与所述半导体基板的热膨胀系数不同的热膨胀系数；和凸块，其将设置在所述半导体基板和所述芯片的相对主面上的连接焊盘进行连接，其中，所述凸块包括：多孔金属层；和金属膜，其设置在设于所述半导体基板上的连接焊盘和所述多孔金属层之间的部分以及设于所述芯片上的连接焊盘和所述多孔金属层之间的部分中的至少一者上，并且设置在所述多孔金属层的侧面上。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述芯片具有与所述半导体基板的热膨胀系数相差0.1ppm/℃以上的热膨胀系数。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述芯片是半导体激光器，和所述半导体基板具有驱动所述半导体激光器的驱动电路。4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述多孔金属层包含粒径为0.005μm～1.0μm的金属粒子。5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，设置在所述连接焊盘和所述多孔金属层之间的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：今东孝之，浅川刚，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：