CN110634757B - 一种晶圆背面覆铜的焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，属于晶圆制造技术领域,该工艺步骤如下：S1：打磨；S2：清洗；S3：退火；S4：第二次打磨和清洗：将退火后的铜片重复步骤S1和S2；S5：印刷：对铜片上表面印刷锡膏；S6：焊接：将晶圆放置于印刷完锡膏的铜片上，晶圆背面与铜片接触，晶圆上方放置上基板，铜片下方放置下基板，形成焊接机构，将焊接结构放置于真空焊接炉进行焊接，焊接温度为290℃,焊接完成后进行冷却；S7:清洗：将焊接上铜片的晶圆使用溴丙烷浸泡，然后进行超声波清洗，然后再用酒精浸泡进行超声波清洗；S8：检测空洞；用以解决现有技术中芯片温升高、芯片封装时易碎裂的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，属于晶圆制造技术领域。
背景技术
IGBT芯片器件作为功率设备的核心组件，也是设备的主要发热源，一般器件的工作温度超过一定的限制范围，其工作性能将显著下降，进而影响系统运行的可靠性，因此为了降低芯片热阻，提高芯片的散热能力，IGBT芯片的厚度要求越来越薄，但是芯片的超薄化使得芯片在封装过程中容易出现碎裂的情况，因此如何实现既能降低芯片的热阻，提高芯片的散热能力，同时又能避免芯片封装过程易碎裂的现象发生，是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，用以解决现有技术中芯片温升高、芯片封装时易碎裂的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，该工艺步骤如下：S1：打磨：对铜片上下表面使用砂纸进行打磨；S2：清洗：将铜片放置于酒精浸泡后，进行超声波清洗；S3：退火：在铜片上方和下方分别放置上基板和下基板形成退火结构，在310℃条件下进行退火；S4：第二次打磨和清洗：将退火后的铜片重复步骤S1和S2；S5：印刷：对铜片上表面印刷锡膏；S6：焊接：将晶圆放置于印刷完锡膏的铜片上，晶圆背面与铜片接触，晶圆上方放置上基板，铜片下方放置下基板，形成焊接机构，将焊接结构放置于真空焊接炉进行焊接，焊接温度为290℃,焊接完成后进行冷却；S7:清洗：将焊接上铜片的晶圆使用溴丙烷浸泡，然后进行超声波清洗，然后再用酒精浸泡进行超声波清洗；S8：检测空洞，空洞率在3％内即为合格。
本发明的有益效果是：通过对铜片用砂纸进行打磨和用酒精浸泡后进行超声波清洗，清除铜片上下表面的杂质和颗粒，使铜片上下表面更光滑，有利于提高后续晶圆与铜片的焊接质量；通过对铜片进行退火操作，同时使用上基板和下基板对铜片进行固定，去除内应力，防止铜片退火时发生变形；通过对退火后的铜片进行再次打磨和清洗，进一步对铜片上下表面进行清理，提高后续晶圆与铜片的焊接质量；通过使用上基板和下基板对晶圆和铜片进行固定，有利于防止铜片与晶圆焊接时发生铜片变形的现象，降低废品率；通过采用溴丙烷进行超声波清洗焊接后的铜片与晶圆，提高清洗效果；(1)改变了传统的晶圆背面覆铝封装工艺，在晶圆背面焊接铜片，由于铜具有较高的电导率和热导率，封装时由晶圆切割的芯片背面的铜片与陶瓷覆铜板(DBC)的上层铜材料相匹配，提高模块的抗疲劳性；(2)由于铜的韧度高，芯片在封装过程中可降低碎片率，同时减薄后的芯片降低了芯片的热阻，降低了模块的温升；(3)解决了IGBT模块温升高的问题，增强了产品的可靠性，同时也填补了我国在IGBT芯片背面覆铜这一领域的空白。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述下基板的尺寸与铜片尺寸相同。
采用上述进一步方案的有益效果是，有利于降低铜片退火时的形变量。
进一步，步骤S5中使用钢网对铜片上表面进行印刷锡膏，所述钢网的厚度为0.25mm，所述钢网上设置若干个网孔。
进一步，所述网孔的形状为矩形，网孔的间距为0.4mm。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置钢网以及在钢网上设置网孔，有利于对铜片上表面均匀的印刷锡膏，使得锡膏的厚度与钢网厚度一直，提高印刷锡膏的效率。
进一步，步骤S6中对焊接完成的晶圆与铜片进行逐级冷却，冷却温度设定为200℃、175℃、150℃、100℃、50℃。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置逐级冷却，并对不同等级的冷却温度进行设定，有利于避免铜片因骤冷而发生形变，保证焊接质量。
进一步，步骤S2中铜片清洗时，酒精温度为38℃，浸泡时间为10min，超声波清洗时间为30s。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设定酒精的浸泡温度和浸泡时间，以及超声波清洗的时间，提高铜片的清洗效率。
进一步，步骤S7中溴丙烷浸泡的温度为38℃，浸泡时间为10min，酒精浸泡温度为38℃，超声波清洗时间均为30s。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置溴丙烷的浸泡温度和浸泡时间，提高焊接铜片后的晶圆的清洗效果，通过酒精浸泡和超声波清洗，进一步提高焊接铜片后的晶圆的清洗效率。
附图说明
图1为步骤S3中退火结构的使用示意图；
图2为步骤S6中铜片使用钢网印刷锡膏的主视示意图；
图3为步骤S6中铜片使用钢网印刷锡膏的俯视示意图；
图4为步骤7焊接结构的使用示意图；
图5为本发明的工艺流程示意图。
图中1.上基板，2.铜片，3.下基板，4.钢网，5.晶圆，41.网孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，该工艺步骤如下：
S1：打磨：对铜片2上下表面使用2000钼的砂纸进行打磨；
S2：清洗：将铜片2放置于温度为38℃的酒精浸泡10min后，进行超声波清洗30s，通过设定酒精的浸泡温度和浸泡时间，以及超声波清洗的时间，提高铜片的清洗效率；
S3：退火：在铜片2上方和下方分别放置上基板1和下基板3，上所述下基板3的尺寸与铜片2尺寸相同，有利于降低铜片2退火时的形变量，形成退火结构，在310℃条件下进行退火；
S4：第二次打磨和清洗：将退火后的铜片2重复步骤S1和S2；
S5：印刷：对铜片2上表面印刷锡膏，使用钢网4对铜片2上表面进行印刷锡膏，所述钢网4的厚度为0.25mm，所述钢网4上设置若干个网孔41，所述网孔41的形状为矩形，网孔41的间距为0.4mm，通过设置钢网4以及在钢网4上设置网孔41，有利于对铜片2上表面均匀的印刷锡膏，使得锡膏的厚度与钢网4厚度一直，提高印刷锡膏的效率；
S6：焊接：将晶圆5放置于印刷完锡膏的铜2片上，晶圆5背面与铜片2接触，晶圆5上方放置上基板1，铜片2下方放置下基板3，形成焊接机构，将焊接结构放置于真空焊接炉进行焊接，焊接温度为290℃,对焊接完成的晶圆5与铜片2进行逐级冷却，冷却温度设定为200℃、175℃、150℃、100℃、50℃，通过设置逐级冷却，并对不同等级的冷却温度进行设定，有利于避免铜片2因骤冷而发生形变，保证焊接质量；
S7:清洗：将焊接上铜片2的晶圆5使用温度为38℃的溴丙烷浸泡10min，然后进行超声波清洗30s，然后再用温度为38℃的酒精浸泡进行超声波清洗30s；
S8：检测空洞，空洞率在3％内即为合格。
通过对铜片2用砂纸进行打磨和用酒精浸泡后进行超声波清洗，清除铜片2上下表面的杂质和颗粒，使铜片2上下表面更光滑，有利于提高后续晶圆5与铜片2的焊接质量；通过对铜片2进行退火操作，同时使用上基板1和下基板3对铜片2进行固定，去除内应力，防止铜片2退火时发生变形；通过对退火后的铜片2进行再次打磨和清洗，进一步对铜片2上下表面进行清理，提高后续晶圆5与铜片2的焊接质量；通过使用上基板1和下基板3对晶圆5和铜片2进行固定，有利于防止铜片2与晶圆5焊接时发生铜片2变形的现象，降低废品率；通过采用溴丙烷进行超声波清洗焊接后的铜片2与晶圆5，提高清洗效果；(1)改变了传统的晶圆5背面覆铝封装工艺，在晶圆5背面焊接铜片2，由于铜具有较高的电导率和热导率，封装时由晶圆5切割的芯片背面的铜片2与陶瓷覆铜板(DBC)的上层铜材料相匹配，提高模块的抗疲劳性；(2)由于铜的韧度高，芯片在封装过程中可降低碎片率，同时减薄后的芯片降低了芯片的热阻，降低了模块的温升；(3)解决了IGBT模块温升高的问题，增强了产品的可靠性，同时也填补了我国在IGBT芯片背面覆铜这一领域的空白。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：该工艺步骤如下：S1：打磨：对铜片上下表面使用砂纸进行打磨；S2：清洗：将铜片放置于酒精浸泡后，进行超声波清洗；S3：退火：在铜片上方和下方分别放置上基板和下基板，形成退火结构，在310℃条件下进行退火；S4：第二次打磨和清洗：将退火后的铜片重复步骤S1和S2；S5：印刷：对铜片上表面印刷锡膏；S6：焊接：将晶圆放置于印刷完锡膏的铜片上，晶圆背面与铜片接触，晶圆上方放置上基板，铜片下方放置下基板，形成焊接机构，将焊接结构放置于真空焊接炉进行焊接，焊接温度为290℃,焊接完成后进行冷却；S7： 清洗：将焊接上铜片的晶圆使用溴丙烷浸泡，然后进行超声波清洗，然后再用酒精浸泡进行超声波清洗；S8：检测空洞，空洞率在3％内即为合格。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：所述下基板的尺寸与铜片尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：步骤S5中使用钢网对铜片上表面进行印刷锡膏，所述钢网的厚度为0.25mm，所述钢网上设置若干个网孔。
4.根据权利要求3所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：所述网孔的形状为矩形，网孔的间距为0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：步骤S6中对焊接完成的晶圆与铜片进行逐级冷却，冷却温度设定为200℃、175℃、150℃、100℃、50℃。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：步骤S2中铜片清洗时，酒精温度为38℃，浸泡时间为10min，超声波清洗时间为30s。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆背面覆铜的焊接工艺，其特征在于：步骤S7中溴丙烷浸泡的温度为38℃，浸泡时间为10min，酒精浸泡温度为38℃，超声波清洗时间均为30s。
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