CN111446214A - 一种聚酰亚胺结合铜柱元件 - Google Patents

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严立巍
李景贤
陈政勋
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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺结合铜柱元件，属于晶片生产技术领域，包括铜柱、钨柱、晶圆基板和引线框架，钨柱固定连接在晶圆基板上，晶圆基板上固定连接有氮化硅层，氮化硅层上固定连接有聚酰亚胺层，铜柱固定连接在钨柱上，铜柱的侧面和顶面包覆有贵金属外壳包覆层，引线框架焊接在贵金属外壳包覆层上，引线框架和贵金属外壳包覆层的焊接接触面形成共熔合金接触层,解决了现有技术中导线焊接铜垫面的工艺散热性较差和在恶劣环境场合使用上接触点可靠性差的问题。

Description

一种聚酰亚胺结合铜柱元件
技术领域
本发明涉及技术领域，更具体地说，涉及一种聚酰亚胺结合铜柱元件。
背景技术
电子元件的发展趋向于更小更薄更轻及较好的性能特性，散热性及接触的可靠性是非常重要的尤其是对于高电流高电压高频的功率元件。目前芯片晶粒生产工艺生成铜/铝垫面，晶粒切割后，用金，铝，或铜导线焊接引线框架(Lead Frame)，进行封装作业。在晶粒的导电垫面，以氮化硅为钝化层，引线框架之间，以导线焊接，但因为垫面埋嵌入晶粒介质层，导线焊接铜垫面的工艺散热性较差，而且长时间在恶劣环境场合使用上，容易产生接触可靠性的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺结合铜柱元件，解决了现有技术中导线焊接铜垫面的工艺散热性较差和在恶劣环境场合使用上接触点可靠性差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种聚酰亚胺结合铜柱元件，包括铜柱、钨柱、晶圆基板和引线框架，其特征在于：所述钨柱固定连接在晶圆基板上，所述晶圆基板上固定连接有氮化硅层，所述氮化硅层上固定连接有聚酰亚胺层，所述铜柱固定连接在钨柱上，所述铜柱的侧面和顶面包覆有贵金属外壳包覆层，所述引线框架焊接在贵金属外壳包覆层上，所述引线框架和贵金属外壳包覆层的焊接接触面形成共熔合金接触层。
作为本发明的一种优选方案，所述贵金属外壳包覆层的材质为镍、钯和金的组合。
作为本发明的一种优选方案，所述贵金属外壳包覆层中镍厚度为1.5至3.5微米，钯厚度为0.15至0.35微米，金的厚度0.02至0.05微米。
作为本发明的一种优选方案，所述引线框架的材质为金或铝或铜。
作为本发明的一种优选方案，所述铜柱是以电化学镀铜工艺形成。
作为本发明的一种优选方案，所述铜柱是以槽式电镀工艺生形成。
作为本发明的一种优选方案，所述晶圆基板上还连接有氮化硅层，氮化硅层的厚度大于
Figure RE-GDA0002467970410000021
作为本发明的一种优选方案，所述聚酰亚胺层是经过温度350～450℃固化形成。
作为本发明的一种优选方案，所述铜柱和钨柱之间还有铜种子层。
本发明的有益效果：
取代嵌入型垫面，改用铜柱结构，对于大电流高电压高频的功率元件生产工艺，有益于导电性散热性及接触可靠性。使用聚酰亚胺的钝化层工艺，更可适用于高温高湿度多震动的环境。以铜柱取代铜垫面取得较佳的导电及散热性功率元件。使用聚酰亚胺的钝化工艺应用于功率元件，聚酰亚胺形成原件封装材料的缓冲硬力保护层。以铜柱结构取代嵌入型铜/铝垫面取得较佳的导电及散热性功率元件。以铜柱结构取代嵌入型垫面提高接触长期导通的可靠性。铜柱及聚酰亚胺的钝化工艺，适用于高温高湿度多震动的环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图中标号说明：1铜柱、2贵金属包覆、3氮化硅层、4聚酰亚胺层、5引线框架、6钨柱、7晶圆基板、8铜种子层、9光阻层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种聚酰亚胺结合铜柱元件，包括铜柱1、钨柱6、晶圆基板7和引线框架5，其特征在于：钨柱6固定连接在晶圆基板7上，晶圆基板 7上固定连接有氮化硅层3，氮化硅层3上固定连接有聚酰亚胺层4，铜柱1 固定连接在钨柱6上，铜柱1的侧面和顶面包覆有贵金属外壳包覆层2，引线框架5焊接在贵金属外壳包覆层2上，引线框架5和贵金属外壳包覆层2的焊接接触面形成共熔合金接触层。
贵金属外壳包覆层2的材质为镍、钯和金的组合。
贵金属外壳包覆层2中镍厚度为1.5至3.5微米，钯厚度为0.15至0.35 微米，金的厚度0.02至0.05微米。
引线框架5的材质为金或铝或铜。
铜柱1是以电化学镀铜工艺形成。
铜柱1是以槽式电镀工艺生形成。
晶圆基板7上还连接有氮化硅层3，氮化硅层3的厚度大于
Figure RE-GDA0002467970410000031
聚酰亚胺层4是经过温度350～450℃固化形成。
铜柱1和钨柱6之间还有铜种子层。
取代嵌入型垫面，改用铜柱结构，对于大电流高电压高频的功率元件生产工艺，有益于导电性散热性及接触可靠性。使用聚酰亚胺的钝化层工艺，更可适用于高温高湿度多震动的环境。以铜柱取代铜垫面取得较佳的导电及散热性功率元件。使用聚酰亚胺的钝化工艺应用于功率元件，聚酰亚胺形成原件封装材料的缓冲硬力保护层。以铜柱结构取代嵌入型铜/铝垫面取得较佳的导电及散热性功率元件。以铜柱结构取代嵌入型垫面提高接触长期导通的可靠性。铜柱及聚酰亚胺的钝化工艺，适用于高温高湿度多震动的环境。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：包括铜柱(1)、钨柱(6)、晶圆基板(7)和引线框架(5)，其特征在于：所述钨柱(6)固定连接在晶圆基板(7)上，所述晶圆基板(7)上固定连接有氮化硅层(3)，所述氮化硅层(3)上固定连接有聚酰亚胺层(4)，所述铜柱(1)固定连接在钨柱(6)上，所述铜柱(1)的侧面和顶面包覆有贵金属外壳包覆层(2)，所述引线框架(5)焊接在贵金属外壳包覆层(2)上，所述引线框架(5)和贵金属外壳包覆层(2)的焊接接触面形成共熔合金接触层。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述贵金属外壳包覆层(2)的材质为镍、钯和金的组合。
3.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述贵金属外壳包覆层(2)中镍厚度为1.5至3.5微米，钯厚度为0.15至0.35微米，金的厚度0.02至0.05微米。
4.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述引线框架(5)的材质为金或铝或铜。
5.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述铜柱(1)是以电化学镀铜工艺形成。
6.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述铜柱(1)是以槽式电镀工艺生形成。
7.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述晶圆基板(7)上还连接有氮化硅层(3)，氮化硅层(3)的厚度大于
Figure FDA0002453914120000011
8.根据权利要求1的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述聚酰亚胺层(4)是经过温度350～450℃固化形成。
9.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺结合铜柱元件，其特征在于：所述铜柱(1)和钨柱(6)之间还有铜种子层。
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