CN101351295A - 芯片封装中的焊料泡沫，纳米多孔焊料，发泡焊料凸点，组装该芯片封装的方法，以及包含该芯片封装的系统 - Google Patents

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Abstract

在集成电路封装基片上形成的发泡焊料或纳米多孔焊料。该发泡焊料呈现出在冲击负载和动态负载期间抵抗开裂的低模量。该发泡焊料用作焊料凸点，焊料凸点用于在集成电路装置和外部结构之间的连通。

Description

芯片封装中的焊料泡沫，纳米多孔焊料，发泡焊料凸点，组装该芯片封装的方法，以及包含该芯片封装的系统
技术领域
实施例通常涉及集成电路制造。更具体地，实施例涉及和微电子器件相关的焊料材料和形貌。
技术背景
焊料是封装集成电路(IC)的重要部分。IC裸片(die)常被制备成诸如处理器的微电子器件。焊料完成IC裸片和外界之间的联接。
对于高速运行而不过热的IC的日益增长的需求提出了关于焊料的问题。IC封装中增加的热应力导致焊料与焊料结合在其上的基片之间的热应力。
附图简述
为了描述获得实施例的方式，将参考附图中所示的特定实施例对以上简要描述的实施例进行更详细的描写。应理解这些附图仅描述典型的实施例，这些附图不一定按比例绘制，并因此不应被认为限制其范围，这些实施例将通过使用附图以额外的特定性和细节进行描述和说明，其中：
图1是显微照片的计算机图像描绘，其显示根据一个实施例呈蜂窝状泡沫形貌的发泡焊料；
图2是显微照片的计算机图像描绘，其显示根据一个实施例的呈网状泡沫形貌的发泡焊料；
图3是根据一个实施例的物品的正视截面图，该物品包括在基片上的发泡焊料芯和焊料壳；
图4是根据一个实施例的物品的正视截面图，该物品包括在基片上的发泡焊料球和中间焊料层；
图5是根据一个实施例的物品的正视截面图，该物品包括在基片上的发泡焊料细长焊盘；
图6是根据一个实施例形成发泡焊料的方法描绘。
图7是描述根据一个实施例的工艺流程的流程图；
图8是根据一个实施例形成纳米多孔焊料的方法描述；
图9A是根据一个实施例处理纳米多孔焊料期间物品的正视截面图；
图9B是根据一个实施例的进一步处理纳米多孔焊料后图9A中的该物品的正视截面图；
图10是根据一个实施例的处理纳米多孔焊料前体(precursor)的工艺流程图；
图11是描绘根据一个实施例的计算系统的剖视正视图；以及
图12是根据一个实施例的计算系统的示意图。
详细描述
此公开中的实施例涉及在IC基片上布置的发泡焊料。实施例还涉及适用于形成闭孔及网状焊料的发泡焊料冶金技术。
下列描述包括用语，诸如上，下，第一，第二等，它们仅用于描述性目的，而不能解释为用于限制性目的。本文描述的装置或物品的实施例可以在多个位置和方向制造，使用或运输。
现在将参考附图，其中对相同的结构将提供相同的后缀参考名称。为了最清楚地显示各个实施例的结构，本文所包括的附图为集成电路结构的图解表示。因此，制造结构的实际外表，例如在显微照片中，可能显得不同，但仍结合了所示实施例的本质结构。此外，附图仅显示理解所示实施例必须的结构。为了保持附图的清晰并未包括本领域已知的附加结构。
图1是显微照片100的计算机图像描绘，其显示根据一个实施例呈蜂窝状泡沫形貌的发泡焊料。该显微照片描绘100包括发泡焊料凸点110。该蜂窝状泡沫形貌通过蜂窝室112和蜂窝壁114描绘。因此，关于发泡焊料凸点110中流体可透过的多孔结构该蜂窝状发泡焊料是大致封闭的。
图2是显微照片200的计算机图像描绘，其显示根据一个实施例呈网状泡沫形貌的发泡焊料。该显微照片描绘200包括发泡焊料凸点210。该网状泡沫形貌通过焊料的节(ganglia)214描绘，该节214对于发泡焊料凸点210中流体可透过的多孔结构是大致开放的。
在下文中，不管是蜂窝状泡沫形貌或网状泡沫形貌的发泡焊料都将简称为“发泡焊料”。除非另外明确声明，否则蜂窝状泡沫形貌或网状泡沫形貌的各种实施例适用于此公开的所有描述。
在一个实施例中，发泡焊料是由第一材料制成的发泡焊料，且该发泡焊料的相对密度在从大约0.1到大约0.9的范围之间变动。关于“相对密度”，其表示该发泡焊料的密度与相同材料制成的实心焊料相比。通过查看如纯金属和诸如在参考材料中可找到的焊料的材料的经典物理学密度，可以确定相同材料制成的实心焊料。
在一个实施例中，第一材料制成的发泡焊料具有大约0.5的相对密度。在一个实施例中，第一材料制成的发泡焊料具有大约0.6的相对密度。在一个实施例中，第一材料制成的发泡焊料具有大约0.7的相对密度。在一个实施例中，第一材料制成的发泡焊料具有大约0.8的相对密度。
对抗IC封装中的冲击的一种方式是改善焊料凸点中焊料的杨氏模量(m)。在IC封装测试中实施的冲击负载条件下，对于动态负载和冲击负载，应变率可以在102/sec的级别上。在此应变率的一个实施例中，发泡焊料实施例展现出所谓的应变率敏感性。换句话说，发泡焊料实施例随着增长的应变率而变得更坚固。在高的同系温度(homo1ogous temperature)下该应变率敏感性变得相当大，在此温度下包含的发泡焊料材料在工作期间会经受这种变化。例如，以大约0.2的杨氏模量m，102/sec的应变率可将屈服强度增加至准静态屈服强度的250％。由于此发现，在冲击负载条件下，塑性变形受到抑制，而发泡焊料的应力应变必然与金属在准静态屈服强度下的经典应力应变特性相异。
在一个实施例中，发泡焊料是铜基焊料，例如纯铜，铜-锡，铜-锡-铅，铜-锡-银，铜-锡-铋，铜-锡-铟等。在一个实施例中，发泡焊料是镍基焊料，例如纯镍，镍-锡，镍-锡-铅，镍-锡-银，镍-锡-铋，镍-锡-铟等。在一个实施例中，发泡焊料是镍-钛形状记忆合金，例如由Johnson-Matthey of Wayne，Pennsylvania制造的NITINOL
Figure A20068005000200101
NITINOL
Figure A20068005000200102
是展现出超塑性特性的镍-钛合金。在一个实施例中，发泡焊料是锡基焊料，例如纯锡，锡-镍，锡-铅，锡-铟，锡-铅-镍，锡-镍-银等。在一个实施例中，发泡焊料是铟基焊料，例如纯铟，铟-锡，铟-铅，铟-铅-镍，铟-镍-银等。根据应用，还可以使用其他的发泡焊料。
图3是根据一个实施例的物品300的正视截面图，该物品300包括在基片320上的由第一材料制成的发泡焊料芯316和由第二材料制成的焊料壳318。在一个实施例中，基片320是IC裸片。在一个实施例中，基片320是诸如印制导线板的安装基片。示意地描绘了发泡焊料芯316，并且其既可以是根据一个实施例的蜂窝状发泡焊料，也可以是根据一个实施例的网状发泡焊料。如图所绘，发泡焊料包括蜂窝室312和蜂窝壁314，例如图1中所描绘的蜂窝状发泡焊料凸点110。
根据一个实施例发泡焊料芯316和焊料壳318形成焊料凸点310。根据一个实施例基片320包括结合焊盘322。在一个实施例中，结合焊盘322呈细长的柱状晶粒形貌，这是电镀法的特征。根据一个实施例，结合焊盘322包括闪出层324(flash layer)，例如铜结合焊盘322上的金闪出层324。在一个实施例中，焊料凸点310呈现出在大约0.2和大约0.7之间范围内的模量。
在一个实施例中，焊料壳318是发泡焊料芯316的金属间化合物衍生物。该金属间化合物衍生物可以是在诸如重熔的处理条件下与发泡焊料芯混合的任何混合物，以形成金属间化合物。在一个示例实施例中，焊料壳是镍-锡金属间化合物，并且发泡焊料芯是镍或镍合金。
在一个实施例中，发泡焊料芯具有整体直径326，而焊料壳318的厚度328具有在整体的大约1％到整体的大约100％范围内的厚度。在一个实施例中，焊料壳318具有在整体的大约5％到大约20％范围内的厚度。在一个实施例中，焊料壳318具有在整体的大约6％到大约19％范围内的厚度。
在一个实施例中，焊料凸点310的尺寸，以及因此发泡焊料芯316和焊料壳318的大致尺寸可以通过结合焊盘322的尺寸而确定。在一个实施例中，结合焊盘322为大约106微米(μm)。在一个实施例中，焊料芯316的直径326以及焊料壳318的厚度328的两倍也是大约106μm。根据应用场合，还可以选择其他尺寸。
图4是根据一个实施例的物品400的正视截面图，该物品包括在基片420上的发泡焊料球410和中间焊料层430。在一个实施例中，基片420是IC裸片。在一个实施例中，基片420是诸如印制导线板的安装基片。示意地描绘了发泡焊料球410，并且其既可以是根据一个实施例的蜂窝状发泡焊料，也可以是根据一个实施例的网状发泡焊料。根据一个实施例基片420包括结合焊盘422。在一个实施例中，结合焊盘422呈细长的柱状晶粒形貌，这是电镀法的特征。根据一个实施例，结合焊盘422包括闪出层424，例如铜结合焊盘424上的金闪出层422。根据一个实施例，在发泡焊料球410上方设置了上基片432和结合焊盘434。在一个实施例中，上基片432是IC裸片。在一个实施例中，上基片432是诸如印制导线板的安装基片。在一个实施例中，焊料球410呈现出在大约0.2和大约0.7之间范围内的模量。
在一个实施例中，中间焊料层430是重熔焊料，其密度大于发泡焊料球410。在一个实施例中，中间焊料层430的重熔在低于发泡焊料球410的液相温度的温度下实施。例如，中间焊料层430开始为膏状物基质(paste matrix)中的铜纳米微粒，而发泡焊料球410是具有处于元素铜的经典物理熔化温度、或接近该温度的熔化温度的制备好的球体。根据一个实施例，在中间焊料层430的重熔过程中，铜的平均晶粒尺寸不大于20μm。
在一个实施例中，发泡焊料球410具有在从大约25μm到大约200μm范围内的直径426。在一个实施例中，发泡焊料球410具有大约106μm的直径426。在一个实施例中，发泡焊料球410的尺寸可以由结合焊盘422的尺寸确定。在一个实施例中，结合焊盘422为大约106μm。取决于应用还可以选择其他尺寸。
在一个实施例中，中间焊料层430通过使用纳米微粒焊料膏状物基质而形成在基片420上。在一个实施例中，纳米微粒焊料膏状物包括金属微粒，这些金属微粒的大约100％穿过20纳米(nm)的网眼，并且基质包括诸如助熔剂和挥发性成分的膏状物。
在一个实施例中，中间焊料层430包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括铜微粒，并且发泡焊料球包括铜。同样，结合焊盘422包括铜，而不存在闪出层424。在一个实施例中，中间焊料层430包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括镍微粒，并且发泡焊料球包括镍。同样，结合焊盘422包括镍，而不存在闪出层424。在一个实施例中，中间焊料层430包括形状记忆合金纳米微粒(诸如镍-钛合金微粒)焊料膏状物，并且发泡焊料球也包括该形状记忆合金。同样，结合焊盘422包括形状记忆合金，而不存在闪出层424。在一个实施例中，中间焊料层包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括第一类金属微粒，而发泡焊料球包括相同的第一类金属。同样，结合焊盘422包括相同的第一类的相同金属，而不存在闪出层424。
中间焊料层430的处理包括将包含纳米微粒的焊料膏状物加热到低温，在该温度下焊料微粒开始重熔。因为焊料膏状物基质实质上保护中间焊料层430中的纳米微粒免受腐蚀和/或氧化影响，所以在重熔期间，该中间焊料层430可以抵抗实质性的晶粒生长(grain growth)。在一个实施例中，重熔后的中间焊料层430具有在从大约50nm到大约20μm范围内的平均晶粒尺寸。
在一个实施例中，重熔前的中间焊料层430包括具有在从大约2nm到50nm范围内的尺寸的微粒。在一个实施例中，中间焊料层430包括具有在从大约10nm到30nm范围内的尺寸的微粒。在一个实施例中，中间焊料层430包括具有在从大约比20nm少98％到等于20nm范围内的尺寸的微粒。
由于该微粒尺寸的实施例，中间焊料层430的金属微粒的形核作用导致从固态到固相线的转变，而该转变可以在大约400℃或更低温度开始。例如，金可以在大约300℃下经历固态到固相线的转变。
在一个实施例中，中间焊料层430包括等于或低于大约400℃的熔化温度。取决于金属类型和微粒尺寸，中间焊料层430可以有几百度的熔化温度变化。例如，固体的金具有大约1064℃的经典物理熔化温度。当金成型为如本文所述的纳米微粒中间焊料层430时，熔化温度可以降低到大约300℃。此固态到固相线温度降低对于此公开中所述的所有纳米微粒焊料混合物实施例都是有用的。
在中间焊料层430和发泡焊料球410由不同金属或不同合金制成之处，在其间可以形成金属间化合物区域431。在一个实施例中，中间焊料层430是铜-锡-铟焊料而发泡焊料球410是铜金属。在此实施例中的金属间化合物区域431是铜-锡金属间化合物。
图5是根据一个实施例的物品500的正视截面图，该物品500包括在基片520上的发泡焊料细长焊盘510。示意地描绘了发泡焊细长焊盘510，并且其既可以是根据一个实施例的蜂窝状发泡焊料，也可以是根据一个实施例的网状发泡焊料。根据一个实施例，基片520包括结合焊盘522。在一个实施例中，结合焊盘522呈细长的柱状晶粒形貌，这是电镀法的特征。根据一个实施例，结合焊盘522包括闪出层524，例如铜结合焊盘524上的金闪出层522。在一个实施例中，发泡焊料细长焊盘510呈现出在大约0.2和大约0.7之间的范围内的模量。
在一个实施例中，发泡焊料细长焊盘510制备为带有中间焊料层536，该中间焊料层536可以是在图4中所描绘和描述的任何中间焊料层436的相同的材料。再根据一个实施例，中间焊料层536的纳米微粒金属可以处理成在显著地低于该金属的经典物理固相线温度的温度下重熔。
在一个实施例中，发泡焊料细长焊盘510具有在从大约25μm到大约200μm范围内的特征尺寸526。在一个实施例中，发泡焊料细长焊盘510具有大约106μm的特征尺寸526。在一个实施例中，发泡焊料细长焊盘510的尺寸可以由结合焊盘522的尺寸确定。在一个实施例中，结合焊盘522为大约106μm。取决于应用还可以选择其他尺寸。
在一个实施例中，中间焊料层536通过使用纳米微粒焊料膏状物基质形成在基片520上。在一个实施例中，纳米微粒焊料膏状物包括金属微粒，这些金属微粒的大约100％穿过20nm的网眼，并且基质包括诸如助熔剂和挥发性成分的膏状物。
在一个实施例中，中间焊料层536包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括铜微粒，并且发泡焊料细长焊盘510包括铜。同样，结合焊盘522包括铜，而不存在闪出层524。在一个实施例中，中间焊料层536包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括镍微粒，并且发泡焊料细长焊盘510包括镍。同样，结合焊盘522包括镍，而不存在闪出层524。在一个实施例中，中间焊料层536包括形状记忆合金纳米微粒(诸如镍-钛合金微粒)焊料膏状物，并且发泡焊料细长焊盘510也包括该形状记忆合金。在一个实施例中，中间焊料层包括纳米微粒焊料膏状物，膏状物包括第一类金属微粒，而发泡焊料细长焊盘510包括相同的第一类金属。同样，结合焊盘522包括相同的第一类的相同金属，而不存在闪出层524。
中间焊料层536的处理包括，将包含纳米微粒的焊料膏状物加热到低温，在该温度下焊料微粒开始重熔。因为焊料膏状物基质实质上保护中间焊料层536中的纳米微粒免受腐蚀和/或氧化影响，所以在重熔期间该中间焊料层536可以抵抗实质性的晶粒生长。在一个实施例中，重熔后的中间焊料层536具有在从大约50nm到小于或等于大约20μm范围内的平均晶粒尺寸。
在一个实施例中，重熔前的中间焊料层536包括具有在从大约2nm到50nm范围内的尺寸的微粒。在一个实施例中，中间焊料层536包括具有在从大约10nm到30nm范围内的尺寸的微粒。在一个实施例中，中间焊料层536包括具有在从大约比20nm少98％到等于20nm范围内的尺寸的微粒。
图6是根据一个实施例形成发泡焊料的方法描述600。处理适于首先将发泡焊料前体611和可压缩气体613混合。在一个实施例中，发泡焊料前体611是金属微粒。在一个实施例中，可压缩气体613对该发泡焊料前体是惰性的。在一个实施例中，可压缩气体613是氩。
在一个实施例中，发泡焊料前体611包括促进该发泡焊料形成的金属表面活化剂。在一个实施例中，发泡焊料611混合物包括，按重量百分比，大约Sn-10In-0.6Cu。在此描述中，发泡焊料前体611混合物包括大约10％的铟，大约0.6％的铜，以及剩下的锡。基于所获得的特定供料以及其化学纯度，可存在其他杂质。
在图6中，发泡焊料前体611置于如金属固结领域所知的罐638中。然后将填充的罐638通过压缩处理来获得高压罐639，其含有发泡焊料前体611和可压缩气体613。在一个实施例中，通过如金属固结领域已知的热等静压制(HIPing)获得高压罐。在热等静压制之后，高压罐639在没有显著地限制性外部压力的情况下进一步加热，并且该高压罐639膨胀，使得形成金属泡沫610，如果该发泡焊料是蜂窝状发泡焊料，则该金属泡沫610包括金属室612和金属壁614。作为备选，在热等静压制之后，高压罐639在没有显著地限制性的外部压力的情况下进一步加热，并且该高压罐639膨胀，使得形成金属泡沫610′，如果该发泡焊料是网状发泡焊料，则该金属泡沫610′包括金属节614′。
在一个实施例中，填充的罐638没有被热等静压制，而是首先被加热以导致发泡焊料前体611烧结，如金属固结领域所理解的那样。烧结不导致发泡焊料前体的完全重熔，但是会导致发泡焊料前体611的两次出现之间的接触点640的形核现象。发泡焊料前体611的第二次加热形成金属泡沫，使得发生发泡焊料的第一次烧结和第二加热膨胀。在一个实施例中，第一次烧结获得发泡焊料，使得金属泡沫610是蜂窝状泡沫焊料。备选地，第一次加热获得发泡焊料，使得形成带有金属节614′的金属泡沫610′。
在一个实施例中，填充的罐638首先在没有显著的外部加热的情况下固结，然后加热以导致焊料前体611膨胀。在一个实施例中，第二次加热获得发泡焊料，使得金属泡沫610是蜂窝状泡沫焊料。备选地，第二次加热获得发泡焊料，使得形成带有金属节614′的金属泡沫610′。
其他技术可用于形成发泡焊料。在一个实施例中，如本领域已知使用熔模铸造。在一个实施例中，和金属氢化物的分解一起使用熔化处理，这形成在发泡焊料中产生多孔结构的气体。在一个实施例中，使用利用金属氢化物的分解的粉末加工。在一个实施例中，使用聚合物预发泡作为临时的支撑结构，以在发泡焊料固化时对其进行支撑，其后将聚合物预发泡分离。
在一个实施例中，将金属粉末包装在罐里，对罐进行除气并且之后用氩气加压。对罐进行热等静压制以使金属粉末固结。固结之后，加热罐以通过热等静压制的粉末中周围的基质的蠕变(creep)而使其中夹带的气体膨胀。此技术可用于产生具有体积密度在从0.6大约到大约0.8范围内的多孔金属。孔的尺寸和分布可使用适当的气压、金属表面活性剂含量、加热时间、温度和其他参数来精确地控制。
在一个实施例中，在形成金属泡沫610或金属泡沫610′之后，对金属泡沫(以下称“金属泡沫610”)进行进一步处理以制备焊料凸点。在一个实施例中，首先在不破坏发泡品质的情况下对金属泡沫610进行挤压，然后用压头机(heading machine)将其以线的形式切割成短的段，直至线大体上成立方体或实心圆柱体。发泡焊料的大体上立方体或实心圆柱体块的处理包括滚转以获得更加球形的形状，或者在磨机中研磨。在一个实施例中，在滚磨机中对大体上立方体或实心圆柱体的发泡焊料进行自动研磨。在一个实施例中，在存在第一数量的磨料诸如陶瓷球的情况下，在滚磨机中对大体上立方体或实心圆柱体的发泡焊料进行半自动研磨。在一个实施例中，在第二数量的磨料多于第一数量的磨料的情况下，在滚磨机中对大体上立方体或实心圆柱体的发泡焊料进行碾磨(mill-grinding)。在一个实施例中，在首先研磨发泡焊料以获得球状外形之后，在稍宽松的滚转环境里进行表面精整。
根据一个实施例，一旦制成发泡焊料芯或发泡焊料球，即通过电镀在发泡焊料上涂敷焊料。再参考图3。在发泡焊料芯316是形状记忆泡沫的情况下，实施镍电镀法以产生在形状记忆合金和结合焊322之间增强的可润湿性。根据一个实施例，在闪出层存在的情况下，可以无需电镀法。
图7是描述根据多个实施例的工艺流程的流程图。
在710，方法包括在罐中与混合气体一起形成发泡焊料前体。
在720，方法包括压制该罐。该方法可以包括等静压制或热等静压制。
在730，方法包括在多个条件下加热该罐，以导致该发泡焊料前体形成蜂窝状泡沫或网状泡沫。在一个实施例中，方法在720终止。
在740，方法包括将发泡焊料成型为发泡焊料球或成型为发泡细长的焊料焊盘。
在750，方法实施例包括在结合焊盘上形成中间焊料层。在一个实施例中，中间焊料层是纳米微粒焊料预成型坯。
在752，方法包括形成发泡焊料，诸如中间焊料层上的发泡焊料凸点或发泡焊料细长焊盘。
在754，方法包括使中间焊料层重熔，以结合到发泡焊料上。在一个实施例中，方法在754终止。
图8是根据一个实施例形成纳米多孔焊料的方法描述800。处理从首先将发泡焊料前体811和发泡剂813混合开始。在一个实施例中，发泡焊料前体811是金属微粒，其具有在从大约5nm到大约50nm范围内的平均微粒直径。在一个实施例中，发泡焊料前体811是金属微粒，其具有在从大约10nm到大约40nm范围内的平均微粒直径。在一个实施例中，发泡焊料前体811是金属微粒，其具有在从大约15nm到大约30nm范围内的平均微粒直径。在一个实施例中，发泡焊料前体811是金属微粒，其具有大约99％通过20nm并且比大约5nm大大约98％的平均微粒直径。
在一个实施例中，发泡剂813是诸如钛氢化物(TiH2)的金属氢化物。在一个实施例中，发泡剂813是诸如锆氢化物(ZrH2)的金属氢化物。在一个实施例中，发泡剂813是诸如铪氢化物(HfH2)的金属氢化物。在一个实施例中，发泡剂813是难熔金属氢化物，表示为RH2。在一个实施例中，发泡剂813大体上与发泡焊料前体的微粒尺寸分布匹配。
在一个实施例中，发泡焊料前体811包括促进该发泡焊料形成的金属表面活化剂。在一个实施例中，发泡焊料前体811混合物包括，按重量百分比，大约Sn-10In-0.6Cu。在此描述中，发泡焊料前体811混合物包括大约10％的铟，大约0.6％的铜，以及剩下的锡。基于所获得的特定供料以及其化学纯度，可存在其他杂质。
在图8中，发泡焊料前体811和发泡剂813放置在混合容器中，例如在金属粉碎领域已知的容器。然后通过将发泡焊料前体811和发泡剂813混合来操作混合容器838以获得前体-发泡剂混合物。
在一个实施例中，将前体-发泡剂混合物在轴向压缩模具840中压缩。压缩模具在例如粉末冶金固结领域使用。砧台842容纳前体-发泡剂混合物844，且混合物844被通条846压进该砧台842。在轴向压制之后得到的是轴向压制的片848。
在一个实施例中，将前体-发泡剂混合物在挤压模具850中压缩。挤压在例如粉末冶金挤压领域是已知的。前体-发泡剂混合物844由通条846压进挤压模具850中。挤压之后，得到的是挤压片852。
在一个实施例中，轴向压制片848或挤压片852是纳米多孔焊料前体，其被进一步处理例如轧制以获得轧制片料854或856。在一个实施例中，片或轧制片料从片或轧制片料压印成大体上球体的纳米多孔焊料前体丸，以用于更进一步的处理。
纳米多孔焊料前体从压制或挤压片到大体上立方体或实心圆柱体块的处理包括滚转以获得更加球形的形状，或者在磨机中研磨。在一个实施例中，在滚磨机中对纳米多孔焊料前体进行自动研磨。在一个实施例中，在存在第一数量的磨料诸如陶瓷球的情况下，在滚磨机中对纳米多孔焊料前体进行半自动研磨。在一个实施例中，在第二数量的磨料多于第一数量的磨料的情况下，在滚磨机中对纳米多孔焊料前体进行碾磨。在一个实施例中，在首先研磨纳米多孔焊料前体以获得球状外形之后，在稍宽松的滚转环境里进行表面精整。
在将纳米多孔焊料前体成型为所需形状之后，在加热下对该所需形状进一步处理以获得纳米多孔焊料858。
图9A是根据一个实施例处理纳米多孔焊料期间物品900的正视截面图。在安装基片920上放置诸如纳米多孔焊料前体的片910。在一个实施例中，安装基片920是板。在一个实施例中，安装基片920是裸片。在一个实施例中，安装基片920包括结合焊盘922。在一个实施例中，上基片932包括上基片结合焊盘934，而上基片932还和片910接触。
该片910的处理是在热环境中重熔，该热环境如用短划线所示为诸如炉的热空间。
在一个实施例中，片910包括在此公开中所述的任何尺寸分布范围内的纳米微粒发泡焊料前体。同样地，还存在发泡剂，其在重熔期间大体上均匀地混合以便促进片910的膨胀。在一个实施例中，片910的加热在从大约150℃到大约260℃的温度范围内实施。在一个实施例中，在重熔期间，发泡剂从金属氢化物释放出诸如氢气的气体。当纳米多孔焊料前体在固相线重熔开始形核时，在初生的纳米尺寸的气体泡上的表面张力和来自纳米尺寸的发泡焊料前体微粒的晶粒生长上的表面张力之间达成平衡。因此，避免了晶粒尺寸超过新生的纳米尺寸气体泡的尺寸。
在一个实施例中，重熔在诸如热等静压制环境的过压下实施，但温度在从大约150℃到大约260℃的范围内。在此实施例中，过压和释放气体的新生压力保持平衡，同时还有其他的重熔焊料润湿平衡，甚至在重熔期间上升的新生纳米尺寸的气泡的重力效应平衡。在一个实施例中，重熔焊料中的新生纳米尺寸气泡大体上为斯托克斯流的状态，其包括蠕变流。
图9B是根据一个实施例的进一步处理纳米多孔焊料后图9A中的物品的正视截面图。物品901已经进行处理使得纳米孔已经在重熔片911中形成，其中一个孔用标号909表示。在一个实施例中，重熔片911的多孔性程度在从大约1％到大约70％的范围内。在一个实施例中，重熔片911的相对密度在从大约0.1到大约0.9的范围内。关于“相对密度”，其表示该重熔片911的密度与相同材料制成的实心焊料相比。在一个实施例中，重熔片911具有大约0.5的相对密度。在一个实施例中，重熔片911具有大约0.6的相对密度。在一个实施例中，重熔片911具有大约0.7的相对密度。在一个实施例中，重熔片911具有大约0.8的相对密度。
图10是根据一个实施例的用于处理纳米多孔焊料前体的方法流程图1000。
在1010，方法包括将纳米焊料前体和发泡剂混合。
在1020，方法包括将纳米焊料前体和发泡剂压成发泡焊料前体。
在1030，方法包括将纳米焊料前体放置在安装基片和裸片中的一个之上。
在1040，方法包括使纳米焊料前体膨胀以获得纳米多孔焊料。
图11是描绘根据一个实施例的计算系统1100的剖视正视图。发泡焊料凸点、发泡焊料细长焊盘或纳米多孔焊料球的一个或多个前述实施例可应用于计算系统中，诸如图11的计算系统1100。以下任何单独的发泡焊料凸点、发泡焊料细长焊盘或纳米多孔焊料球实施例或任何其他实施例的组合均称为(多个)实施例配置。
计算系统1100包括例如至少一个处理器(未图示)，其封闭在封装1110中；数据存储系统1112；至少一个输入装置，诸如键盘1114；以及至少一个输出装置，诸如监视器1116。计算系统1100包括处理数据信号的处理器，并且可包括例如可从英特尔公司获得的微处理器。除了键盘1114，计算系统1100还可以包括其他用户输入装置，例如诸如鼠标1118。
出于此公开的目的，包含根据权利要求主题的部件的计算系统1100可包括任何利用微电子器件系统的系统，其可包括，例如发泡焊料凸点，发泡焊料细长焊盘或纳米多孔焊料球实施例中的至少一个，其联接到数据存储器上，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、聚合物存储器、闪存以及相变存储器。在此实施例中，(多个)实施例通过被联接到处理器上而联接到这些功能性的任意组合上。但是在一个实施例中，在此公开中所述的(多个)实施例配置联接到任意的这些功能性之上。对于一个示范性实施例，数据存储器包括裸片上的内置DRAM缓存。此外在一个实施例中，联接到处理器(未图示)上的(多个)实施例配置是系统的一部分，该系统带有联接到DRAM缓存的数据存储器上的(多个)实施例配置。此外在一个实施例中，(多个)实施例配置联接到数据存储器1112上。
在一个实施例中，计算系统1100还可以包括裸片，该裸片包含数字信号处理器(DSP)、微控制器、专用集成电路(ASIC)或微处理器。在此实施例中，(多个)实施例配置通过被联接到处理器上而联接到这些功能性的任意组合上。对一个示例实施例，DSP(未图示)是芯片组的一部分，该芯片组可包括独立处理器和DSP作为在板1120上的该芯片组的单独部件。在此实施例中，(多个)实施例配置联接DSP到上，并且可存在在封装1110中联接到处理器上的单独的(多个)实施例配置。此外在一个实施例中，(多个)实施例配置联接到安装在和封装1110相同的板1120上的DSP上。现在可以理解，(多个)实施例配置可以如关于该计算系统1100所述进行组合，并与在此公开中通过多个发泡焊料凸点、发泡焊料细长焊盘或纳米多孔焊料球的实施例所述的(多个)实施例配置及其等同物相结合。
图12是根据一个实施例的计算系统的示意图。如图所绘的该电子系统1200可以包含在图11中所绘的计算系统1100，但该电子系统描绘得更一般。电子系统1200结合至少一个电子组件1210，诸如图3-5中所示的IC封装。在一个实施例中，电子系统1200是计算机系统，其包括系统总线1220以电联接该电子系统1200的各个电子部件。根据多个实施例，系统总线1220是单总线或多条总线的任意组合。该电子系统1200包括给集成电路1210提供电力的电压电源1230。在一些实施例中，电压电源1230通过系统总线1220给集成电路1210提供电流。
根据一个实施例，集成电路1210电联接到系统总线上1220并包括任何电路或电路的组合。在一个实施例中，集成电路1210包括可以为任何类型的处理器1212。如本文所用，处理器1212指任何类型的电路，诸如，但不限于，微处理器、微控制器、图形处理器、数字信号处理器或别的处理器。可以包括在集成电路1210中的其他类型的电路是定制电路或ASIC，诸如用于无线装置的通信电路1214，该无线装置诸如蜂窝电话、传呼机、便携式计算机、双向无线电设备以及类似的电子系统。在一个实施例中，处理器1210包括片内集成存储器(on-die memory)1216，诸如SRAM。在一个实施例中，处理器1210包括片内集成存储器1216，诸如eDRAM。
在一个实施例中，电子系统1200还包括外存储器1240，该外存储器1240又可包括一个或多个适于特定应用的存储器元件，诸如RAM形式的主存储器1242，一个或多个硬盘驱动器1244和/或一个或多个处理可移动介质1246的驱动器，该可移动介质1246诸如磁盘，光盘(CDs)，数字视频光盘，闪存盘以及其他本领域已知的可移动介质。
在一个实施例中，电子系统1200还包括显示装置1250，音频输出1260。在一个实施例中，电子装置1200包括控制器1270，诸如键盘、鼠标、轨迹球、游戏控制器、麦克风、语音识别装置或任何将信息输入该电子系统1200的其他装置。
如本文所示，集成电路1210可以以多种不同的实施例实施，包括电子封装、电子系统、计算机系统、一种或多种制造集成电路的方法以及一种或多种制造电子组件的方法，该电子组件包括集成电路和如本文在多个实施例中所述的发泡焊料实施例以及本领域已知的它们的等同物。这些元件、材料、几何形状、尺寸以及操作顺序都可以为适应特定的封装要求而变化。
现在可以理解，本申请公开中所述的发泡焊料实施例可以应用于传统计算机之外的器件和装置。例如，裸片可以与(多个)实施例配置一起封装，并置于诸如无线通信装置的移动装置，或诸如个人数据助理的手持装置等装置之中。另一个示例是裸片，其可以与(多个)实施例配置一起封装，并置于诸如汽车、机车、船只、航空器或航天器的交通工具之中。
摘要遵照37 CF.R.§1.72(b)提供，其要求摘要能够允许读者快速确定所公开技术的本质和要旨。摘要基于将不用其解释或限制权利要求书的范围或意义的理解而提交。
在前述详细描述中，为了使本公开简单化，在单个的实施例中将各种特征组合在一起。此公开方法不应被解释反映了如下意图，即本发明所要求的实施例需要多于各权利要求中明确陈述的特征。相反，如所附权利要求所反应，发明性主题在于少于单个公开实施例的全部特征。因此所附权利要求书由此结合在详细描述之中，且各权利要求自立为单独的优选实施例。
对于本领域技术人员将易于理解，对于已经描述及显示的为了解释此发明实质的细节、材料和部件的排列以及方法阶段均可以进行各种其他更改，而不违背在所附权利要求书中所表达的本发明的原理和范围。

Claims (32)

1.一种混合物，包括：
由第一材料制成的发泡焊料，其中，所述发泡焊料具有选自蜂窝状泡沫和网状泡沫的形貌，并且其中，所述发泡焊料包括为所述第一材料制成的实心焊料的从大约0.1到大约0.9范围的相对密度。
2.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述发泡焊料是选自铜基焊料、镍基焊料、锡基焊料、铟基焊料、铅基焊料及其组合的金属。
3.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述发泡焊料包括形状记忆合金。
4.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述发泡焊料包括铜，并且其中，所述发泡焊料包括大约20微米的平均晶粒尺寸直径。
5.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述发泡焊料包括镍，并且其中，所述发泡焊料包括大约20微米的平均晶粒尺寸直径。
6.一种物品，包括：
由第一材料制成的发泡焊料芯；以及
所述发泡焊料芯布置于其上的基片。
7.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述物品还包括覆盖所述发泡焊料芯的由第二材料制成的焊料壳。
8.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述发泡焊料芯是选自蜂窝状泡沫和网状泡沫的材料。
9.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述发泡焊料芯是选自铜基焊料、镍基焊料、锡基焊料、铟基焊料、铅基焊料及其组合的金属。
10.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述发泡焊料包括形状记忆合金。
11.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，由第二材料制成的所述焊料壳包括所述发泡焊料芯的金属间化合物衍生物。
12.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述物品还包括：
布置在所述基片上并且与所述发泡焊料芯接触的中间焊料层，其中，所述中间焊料层密度大于所述发泡焊料芯。
13.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述物品还包括：
布置在所述基片上并且与所述发泡焊料芯接触的中间焊料层，其中，所述中间焊料层包括大约20微米的平均晶粒尺寸直径；以及
作为所述基片的一部分的结合焊盘，其中所述结合焊盘与所述中间焊料层接触，并且其中，所述结合焊盘包括细长的柱状晶粒形貌。
14.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，由第一材料制成的所述发泡焊料芯包括铜，所述物品还包括：
布置在所述基片上并且与所述发泡焊料芯接触的中间焊料层，其中，所述中间焊料层包括铜；以及
作为所述基片一部分的结合焊盘，其中，所述结合焊盘与所述中间焊料层接触，其中，所述结合焊盘包括细长的柱状晶粒形貌，并且其中，所述结合焊盘包括铜。
15.根据权利要求6所述的物品，其特征在于，所述发泡焊料芯是布置在所述基片上的细长的焊盘；以及
作为所述基片一部分的结合焊盘，其中，所述结合焊盘与所述细长的焊盘接触。
16.一种形成发泡焊料的方法，包括：
将焊料前体与可压缩气体混合；以及
使所述焊料前体膨胀。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述焊料前体和所述可压缩气体放入罐中；以及
通过选自等静压制(IP)和热等静压制(HIP)的方法来对所述罐加压。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述焊料前体和所述可压缩气体放入罐中，其中，所述焊料前体是可烧结微粒；以及
烧结所述可烧结微粒。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，第二膨胀所述焊料前体包括加热所述可压缩气体。
20.一种方法，包括：
在结合焊盘上形成纳米微粒焊料预成型坯；
在所述纳米微粒焊料预成型坯上形成发泡焊料凸点；以及
重熔所述纳米微粒焊料预成型坯。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，形成纳米微粒焊料预成型坯包括在基质中的铜弥散体，其中所述铜弥散体具有大约100％的20纳米或更小的平均微粒直径，并且其中形成所述发泡焊料凸点包括应用铜发泡焊料凸点。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，形成纳米微粒焊料预成型坯包括在基质中的铜弥散体，其中所述铜弥散体具有大约100％的大约20纳米或更小的平均微粒直径，其中形成所述发泡焊料凸点包括应用铜发泡焊料凸点，并且其中重熔所述纳米微粒焊料预成型坯在400°或更低的温度范围内实施。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，形成纳米微粒焊料预成型坯包括在基质中的铜弥散体，其中，所述铜弥散体具有大约100％的大约20纳米或更小的平均微粒直径，其中形成所述发泡焊料凸点包括应用铜发泡焊料凸点，并且其中所述结合焊盘包括铜。
24.一种形成纳米多孔焊料的方法，包括：
将纳米焊料前体与发泡剂混合；以及
通过从所述发泡剂释放气体来使所述纳米焊料前体膨胀。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：压紧所述纳米焊料前体和所述发泡剂，所述压紧选自轴向压紧和挤压。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，第二膨胀由所述纳米焊料前体和所述发泡剂的热等静压制来协助。
27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述焊料前体和所述可压缩气体放入罐中，其中，所述焊料前体是可烧结微粒；以及
烧结所述可烧结微粒。
28.一种系统，包括：
裸片；
联接到所述裸片的发泡焊料，其中，所述发泡焊料由第一材料制成并具有选自蜂窝状泡沫和网状泡沫的形貌，并且其中，所述发泡焊料包括为所述第一材料制成的实心焊料的大约0.9或更小的相对密度；以及
联接到所述裸片的动态随机存取存储器。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述发泡焊料包括发泡焊料芯，所述系统还包括由第二材料制成的焊料壳，其中，所述发泡焊料壳在所述发泡焊料芯的外面。
30.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述发泡焊料通过中间焊料层联接到结合焊盘；并且其中，所述中间焊料层包括大约20微米的平均晶粒尺寸直径。
31.根据权利要求28所述的计算系统，其特征在于，所述计算系统布置在计算机、无线通信装置、手持装置、汽车、机车、航空器、船只和航天器之一中。
32.根据权利要求28所述的计算系统，其特征在于，所述微电子裸片选自数据存储装置、数字信号处理器、微控制器、专用集成电路和微处理器。
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