CN1581503A - 一种氮化物器件倒装的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化物器件倒装的方法，氮化物器件与载体之间通过焊锡溶解实现键合，焊锡溶解由激光能量提供。激光通过对其透明的氮化物器件或载体照射到氮化物器件与载体的键合面。采用此激光键合方法较传统加热炉中溶合的方法具有巨大的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种氮化物器件倒装的方法。
背景技术：
氮化物是指一类III-V化合物半导体，其V族元素含氮元素。含氮III-V化合物半导体包括：GaN，AlN，AlGaN，GaInN和GaInPN等宽带隙半导体材料。氮化物主要用于构造紫外至红光的光电器件，如发光二极管(LED)，激光器和探测器。氮化物也用于大功率晶体管等电子器件。
氮化物器件通常生长在蓝宝石(Sapphire)衬底上。蓝宝石的导热系数小。将氮化物器件倒装到导热好的载体或热沉上是氮化物器件取得大功率工作的要求。然而，蓝宝石不导电。生长在蓝宝石衬底上的氮化物器件通常有两个以上在外延侧的电极。将氮化物器件倒装并同时获得多电极的接触且无短路是氮化物器件倒装的主要难点。
目前，氮化物器件倒装主要采用焊锡在加热炉中溶合的方法，如美国专利US6514782B1所述。焊锡在溶解后由于表面张力，可实现芯片与载体的自对齐。然而，热键合要求好的温度控制及焊锡量控制，工艺难度大。而且通常必须通过键合芯片到载体后再与热沉相联的方法，无法最有效地利用热沉散热。蓝宝石(Sapphire)衬底对波长长于400nm激光有很好的透光性，氮化物器件对波长长于器件中最小带隙的激光也有较小的吸收。如绿光发光二极管，对波长长于540nm的激光吸收较小。这一特性，使得用激光将氮化物器件直接键合到载体或热沉上提供了条件。激光已广泛用于金属焊接及电子器件管脚与电路板的焊接。激光未用于砷化镓和硅芯片与载体或热沉键合，主要因为砷化镓和硅芯片对可见光不透明，且砷化镓和硅器件对长波长激光也有很强的自由载流子吸收。氮化物器件的独特结构为激光直接金属接触面键合提供了机会。但较少使用激光进行芯片与载体或热沉键合。
发明内容：
本发明旨在提出一种使用激光进行芯片与载体或热沉键合的氮化物器件倒装的方法。
一种氮化物器件倒装的方法，包括：
一个氮化物器件，在外延侧有两个以上电极；
一个载体，其表面与氮化物器件相连区域有金属连接区域；
一层焊锡位于载体与氮化物器件；
氮化物器件与载体之间通过焊锡溶解实现键合；
焊锡溶解是由激光照射到键合面附近金属实现。
激光从对激光透明的氮化物器件侧通过全部或部分氮化物器件照到键合面附近金属达到焊锡溶解；激光从对激光透明的氮化物器件侧通过全部或部分氮化物器件照到键合面焊锡层达到焊锡溶解；如载体对激光透明，激光从载体侧通过全部或部分载体照到键合面附近金属达到焊锡溶解；如载体对激光透明，激光从载体侧通过全部或部分载体照到键合面焊锡层达到焊锡溶解；键合在N2，惰性气体(Ar等)或还元气体(H2等)或以上气体的混合气氛围中，以去除焊锡和金属的氧化环境；键合在加热的环境中进行。但加热温度小于焊锡溶解温度；键合加入超声波；焊锡层可以是含In，Ag，Au，Si，Ge，Sn，Pd金属或金属合金，可以是焊锡片(preform)，焊锡球(solder ball)，焊锡膏(solder paste)，导电胶(conductingepoxy)或直接在载体/器件表面的焊锡层(evaporated solder)；所用的激光器为Nd晶体(如Nd:YAG，Nd:YLF)激光器，Ruby激光器，Alexandrite激光器，CO2激光器和半导体激光器。
本发明利用激光将氮化物器件键合到载体或热沉上，激光通过氮化物器件直接照射到氮化物器件与载体或热沉的键合面上，产生的能量溶解焊锡实现键合。
与传统的加热炉中溶合键合的方法相比，激光键合具有以下优点：
1.很高的辐射密度和局域加热能力。可以用于直接与热沉键合，不一定要与载体键合后再与热沉键合。
2.通过激光光强，脉冲宽度和占空比控制，可以得到好的键合质量，且可控制范围大。
3.局部加热，键合一个器件时，其他器件不会产生大的温升。所以，可将多个器件逐个键合到同一个载体或热沉上。
4.局部加热，键合后几乎是立刻冷却。加热主要局域在键合面上，载体和器件温升小。
5.激光的局部加热特性还可以对键合不好的局部区域进行修复，或对大器件进行局部键合。
6.激光可以聚焦到很小的尺度，可键合很小的部位。
7.无键合件的移动，避免传统方法由于键合件的移动造成的对位移动。
8.容易与自动化机器相配套，取得高产出率。
附图说明：
图1为本发明实施例的简化示意图。
图2为本发明一种实施例的具体工艺路线。
图3为本发明另一种实施例的具体工艺路线。
图4为本发明又一种实施例的具体工艺路线。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明实施例作进一步说明。
参照图1，其中，载体(2)包括：用于与热沉键合的底部金属化层(1)；电极接触垫(4)(5)；以及电极接触垫间隔离层(3)。氮化物器件(9)包括：电极接触垫(7)(8)。载体与氮化物器件之间有焊锡(6)。焊锡(6)可以是含In，Ag，Au，Si，Ge，Sn，Pd金属或金属合金，可以是焊锡片(preform)，焊锡球(solderball)，焊锡膏(solder paste)，导电胶(conducting epoxy)或直接在载体/器件表面的焊锡层(evaporated solder)。电极接触垫(7)(8)可以含Ag或Al等强反射金属，Ni，Ti，Pt，Au等接触金属及各种金属扩散阻止层。本发明的一种形式如图1(a)，是将激光束射过对激光吸收小的氮化物器件，直接照射到载体/器件表面。被吸收的激光能量转化为热，实现载体/器件的键合。本发明的另一种形式如图1(b)，是将激光束射过对激光吸收小的载体，如SiC，直接照射到载体/器件表面。被吸收的激光能量转化为热，实现载体/器件的键合。图1(b)中载体底部金属化层在完成键合后再制作到载体上，以避免底部金属化层对激光的放射合吸收。图1(b)方式也可以用于键合其他非氮化物器件，因为激光从载体，而非器件，射到载体/器件键合面。在图一键合过程中，可以对载体/器件加热(温度小于金属键合温度)或加压以改善键合质量。键合可以在惰性气体(N2，Ar等)或还元气体(H2等)氛围中，以去除焊锡和金属的氧化环境。
参照图2，图2(a)中载体表面已有焊锡。其接触图形由CCD相机记入计算机。(b)中器件由真空吸嘴(10)(collet)吸住，器件接触图形由CCD相机记入计算机。经过图形识别后，器件与载体对位相接触(图二(c))。开启在真空吸嘴中由光纤导入的激光。实现载体/器件的键合。在激光键合过程中，真空吸嘴可以提供定位和适当的压力。图2中激光由光纤导入只是激光导入方法之一。如真空吸嘴内壁镀以对激光高反射材料如金，激光也可由真空吸嘴直接导入，此时，真空吸嘴即起器件抓取作用，又起激光导入作用(light duct)。
参照图3，图3(a)中载体表面已有焊锡。其接触图形由CCD相机记入计算机。(b)中器件由真空吸嘴(11)(collet)吸住，器件接触图形由CCD相机记入计算机。经过图形识别后，器件与载体对位相接触(图3(c))。真空吸嘴顶部对激光不吸收，开启在真空吸嘴顶部的激光。实现载体/器件的键合。
参照图4，图4(a)中载体/器件通过焊锡球(solder ball)实现暂时的键合。图4(b)中焊锡球由激光进行融合(reflow)。
与图2至4相似的方法可用于载体对激光透明的情况。如激光由载体端射入，载体底部金属化层在完成键合后再制作到载体上。载体对激光透明时，可以键合对激光不透明的器件。
Claims (10)
1一种氮化物器件倒装的方法，包括：
一个氮化物器件，在外延侧有两个以上电极；
一个载体，其表面与氮化物器件相连区域有金属连接区域；
一层焊锡位于载体与氮化物器件；
氮化物器件与载体之间通过焊锡溶解实现键合；
焊锡溶解是由激光照射到键合面附近金属实现。
2如权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是激光从对激光透明的氮化物器件侧通过全部或部分氮化物器件照到键合面附近金属达到焊锡溶解。
3如权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是激光从对激光透明的氮化物器件侧通过全部或部分氮化物器件照到键合面焊锡层达到焊锡溶解。
4如权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是如载体对激光透明，激光从载体侧通过全部或部分载体照到键合面附近金属达到焊锡溶解。
5如权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是如载体对激光透明，激光从载体侧通过全部或部分载体照到键合面焊锡层达到焊锡溶解。
6如权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是键合在N2，惰性气体(Ar等)或还元气体(H2等)或以上气体的混合气氛围中，以去除焊锡和金属的氧化环境。
7根据权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是键合在加热的环境中进行。但加热温度小于焊锡溶解温度。
8根据权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是键合加入超声波。
9根据权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是焊锡层可以是含In，Ag，Au，Si，Ge，Sn，Pd金属或金属合金，可以是焊锡片(preform)，焊锡球(solder ball)，焊锡膏(solderpaste)，导电胶(conducting epoxy)或直接在载体/器件表面的焊锡层(evaporated solder)。
10根据权利要求1所述的一种氮化物器件倒装的方法，其特征是所用的激光器为Nd晶体(如Nd:YAG，Nd:YLF)激光器，Ruby激光器，Alexandrite激光器，CO2激光器和半导体激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XIAMEN SAN'AN ELECTRONICS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SAN-AN ELECTRONICS CO., LTD., XIAMEN Effective date: 20071102 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20071102 Address after: 361009 Fujian city of Xiamen Province Lu Ling Road No. 1721 Applicant after: Xiamen San'an Electronics Co.,Ltd. Address before: 361009, Xiamen, Fujian City, Zhejiang Province, wing Ling Kai Kaiyuan science and Technology Park on the third floor Applicant before: Xiamen San'an Electronics Co.,Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SANAN OPTO-EELECTRICAL SCIENCE CO., LTD., XIAMEN Free format text: FORMER OWNER: SAN-AN ELECTRONICS CO., LTD., XIAMEN Effective date: 20080829 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080829 Address after: Fujian province Xiamen City Luling Road No. 1725 1721 Patentee after: XIAMEN SANAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Fujian province Xiamen City Luling Road No. 1721 Patentee before: Xiamen San'an Electronics Co.,Ltd. |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Anhui Sanan Optoelectronics Co.,Ltd. Assignor: XIAMEN SANAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: 2011340000047 Denomination of invention: Nitride device upside down mounting method Granted publication date: 20080618 License type: Exclusive License Open date: 20050216 Record date: 20110617 |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080618 |
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| CX01 | Expiry of patent term |