基于金锡合金键合的圆片级低温封装方法

摘要

本发明公开了一种基于金锡合金键合的圆片级低温封装方法，通过选用富锡Sn合金成分Sn＝54％-71％，设计金锡厚度分别小于2.1μm和0.7μm，在一定压强、温度和时间内进行了金锡合金键合，形成了以具有高维氏硬度的AuSn2相(即ε相)为主的中间层，实现了低成本、高键合强度的圆片级低温封装方法。键合温度在140-310℃范围内，可实现高达20-64MPa的键合强度。这一低成本、高键合强度的圆片级低温封装方法可应用于任意基片上器件的封装。

主权项

一种基于金锡合金键合的圆片级低温封装方法，其特征在于，该方法包括：选择作为盖片和底片的基片；对盖片正面进行第一次光刻，通过刻蚀制作出一个腔体作为所封装器件或结构的放置空间；对盖片正面进行第二次光刻；按设计的金Au和锡Sn的重量百分比蒸发Cr/Au/Sn/Au的多层金属薄膜；剥离该多层金属薄膜制作出盖片上的金属键合结构；其中，所述设计的金Au和锡Sn的重量百分比中，Sn重量百分比为54％‑71％，Sn的厚度小于2.1μm；对底片背面进行第一次光刻，刻蚀制作双面对准用的图形结构；对底片进行正面第二次光刻；按设计的Au和Sn的重量百分比蒸发Cr/Au的金属薄膜，Au总厚度小于0.5μm，从而使盖片和底片中Sn的重量百分比满足54～71％；剥离该金属薄膜制作出底片上的金属键合结构；在光刻机下将盖片正面扣在底片正面之上，对盖片和底片进行双面对准，形成双面对准结构，然后放入键合机中，在一定的键合压强、键合温度和键合时间范围实现Au‑Sn合金键合；其中，所述键合压强为1至10MPa，所述键合时间为10至90min，所述键合温度为140至310℃；所述实现Au‑Sn合金键合后，形成以合金ε相为主的键合层，该键合层总厚度小于3μm，金属Au的重量百分比在29％‑46％之间。