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金属化电气部件

阅读：748发布：2020-05-12

专利汇可以提供金属化电气部件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及金属化电气部件。各种实施例提供了一种用于电子模块的金属化电气部件，其中所述金属化电气部件包括导电电气元件，以及在所述导电电气元件之上布置并且至少包括表面金属化层的金属化结构，其中所述表面金属化层包括金和银并且具有2nm与100nm之间的厚度。，下面是金属化电气部件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于电子模块的金属化电气部件，所述金属化电气部件包括：
导电电气元件，以及
金属化结构，布置在所述导电电气元件之上并且至少包括表面金属化层，其中所述表面金属化层包括金和银的合金并且具有1nm与100nm之间的厚度。
2.根据权利要求1所述的金属化电气部件，其中所述金属化结构是无钯的。
3.根据权利要求1所述的金属化电气部件，其中在所述表面金属化层中的金和银之间的质量比在1比2至5比1的范围内。
4.根据权利要求1所述的金属化电气部件，其中所述金属化结构包括包含钛的子层。
5.根据权利要求4所述的金属化电气部件，其中包含钛的所述子层具有在1nm与20nm之间的厚度。
6.根据权利要求1所述的金属化电气部件，其中所述电气元件是电子芯片。
7.根据权利要求6所述的金属化电气部件，其中所述金属化结构是无钯的。
8.根据权利要求1所述的金属化电气部件，其中所述电气元件是焊线。
9.根据权利要求8所述的金属化电气部件，其中所述焊线包括金属芯以及在所述金属芯周围布置金属化结构。
10.根据权利要求9所述的金属化电气部件，其中所述金属芯包含铜。
11.根据权利要求9所述的电气部件，其中所述金属化结构包括包含钛的子层，所述子层布置在所述金属芯与所述表面金属化层之间。
12.一种电子模块，包括：
根据权利要求1所述的金属化电气部件；以及
至少部分地封装所述金属化电气部件的封装。
13.根据权利要求12所述的电子模块，其中所述金属化电气部件是电子芯片，其中所述电子模块进一步包括接合到所述表面金属化层的焊线。
14.根据权利要求12所述的电子模块，其中所述电气部件是焊线，其中所述电子模块进一步包括包含接合焊盘的电子芯片，其中所述焊线接合到所述接合焊盘。
15.一种用于电子模块的焊线，所述焊线包括：
铜芯；以及
外部防蚀层，包括从由以下构成的群组中所选取的至少一种材料作为材料：
钛；以及
金和银的合金，
其中外部防蚀层布置在所述铜芯周围。
16.根据权利要求15所述的焊线，其中所述外部防蚀层包括金和银的合金并且钛层布置在所述铜芯与所述外部防蚀层之间。
17.根据权利要求15所述的焊线，其中所述外部防蚀层包括金和银的合金，其中在所述表面金属化层中的金与银之间的质量比在1比2至5比1的范围内。

说明书全文

金属化电气部件

技术领域

[0001] 各种实施例涉及一种金属化电气部件，特别地涉及一种金属化芯片或者金属化焊线，以及一种电子模块。

背景技术

[0002] 典型地包括多个电气元件例如电子芯片或裸片或者简单焊线的多种封装电子模块是已知的。一般而言，多个电气或电子元件或部件相互电接触。为了改进这些电接触，在将这些接触相互电连接或者电连接到外部部件或元件之前，通常将金属化层设置在所述电气部件的接触、接触焊盘或者接触层上。

[0003] 例如，US2011/0115068A1公开了一种功率半导体模块，其包括具有在其上布置了金属化层的顶侧面的绝缘层。此外，该模块包括具有至少一微米的厚度的芯片上金属化的功率半导体芯片，该芯片上金属化用于将芯片连接到绝缘层的金属化层并且由此在该模块的两个元件之间形成内部中间连接层。

[0004] 金属化导线的示例从公开了具有大约10至50微米直径的银-金-钯芯和1nm至5微米之间厚度的镀层的导线的US 2013/0233594 A1已知。例如，所述镀层包括纯金、纯钯或者金-钯合金层的至少一个。

[0005] 在使用电子模块时的一个问题是在操作期间这些电子模块承受应力，例如热应力或机械应力，其可以导致层和/或部件的分层，例如封装所述电子模块的电气/电气部件的成型化合物的分层。这样的分层可以导致在电子模块中的电接触或接头的裂开或破裂以及因此导致整个电子模块的故障。发明内容

[0006] 各种实施例提供了一种用于电子模块的金属化电气部件，其中所述金属化电气部件包括导电电气元件，以及在所述导电电气元件上布置并且包括至少表面金属化层的金属化结构，其中所述表面金属化层包括金和银的合金并且具有1nm与100nm之间的厚度。

[0007] 此外，各种实施例提供了一种电子模块，该电子模块包括根据示范性实施例的金属化电气部件，以及将该金属化电气部件至少部分地密封的封装。

[0008] 而且，各种实施例提供了一种用于电子模块的焊线，其中该焊线包括铜芯；以及外部防蚀层，其包括从由钛和金与银的合金构成的群组中选取的至少一种材料作为材料，其中该外部防蚀层布置为包围所述铜芯。附图说明

[0009] 在附图中，遍及不同的附图，相同的附图标记通常指示相同的部件。附图不必成比例。而是重点通常放在阐释发明的原理上。在下面的描述中，参照下面的附图描述了各种实施例，在附图中：

[0010] 图1示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化芯片；

[0011] 图2示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化芯片的细节；

[0012] 图3示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化焊线；

[0013] 图4示意性地描绘了根据另一示范性实施例的金属化焊线；

[0014] 图5示意性地描绘了根据又一示范性实施例的金属化焊线。

具体实施方式

[0015] 在下面用于电子模块的金属化电气部件、金属化电子芯片、金属化焊线的另外示范性实施例，制造金属化电气部件、以及包括金属化电气部件的电子模块的方法将被解释。应当指出在一个特定示范性实施例的上下文中所描述的特定特征的描述也可以与其他示范性实施例相结合。

[0016] 本文中使用词语“示范性”意味着“用作示例、例子或者例证”。本文中被描述为“示范性”的任何实施例或者设计不必解释为相对于其他实施例或设计优选的或者有利的。

[0017] 各种示范性实施例提供了包括金和银作为化合物或者由金和银形成或构成，特别地由金和银的合金形成或构成的表面金属化层。

[0018] 此外，各种实施例提供了金属化芯片，该金属化芯片包括电子芯片；以及在该电子芯片之上或上布置并且包括金和银、特别地为包括金和银的合金的表面金属化层。

[0019] 而且，各种实施例提供了用于电子模块的焊线，其中所述焊线包括金属芯；以及包括金和银，特别地为金和银的合金的表面金属化层。

[0020] 此外，各种实施例提供了一种制造金属化芯片的方法，其中该方法包括：提供包括电接触或接触层的电子芯片；以及在所述电接触的至少一个之上形成包括金和银(金/银合金)的表面金属化层。特别地，在形成该表面金属化层之前，该方法可以包括在电接触之上形成包括钛的子层的可选步骤。

[0021] 术语“金属化层”可以特别地表示形成导电结构的任何层，该导电结构可以适于在电气元件的部分(例如芯片或焊线)与所述电气元件外部的导电路径(例如焊线等等)之间提供改进的电接触，其被沉积或形成在该电气元件的部分上。典型地这种金属化层被形成在电子芯片的接触例如接触焊盘上，因为可能难以将导线、引线等等附接到电子芯片的接触的材料上，或者这种金属化层被用于保护所述接触。金属化层还可以形成在焊线或者其他导电部件或元件上。应当指出的是，通常(金属化)层可以形成连续、实心或者同质层并且因此可以区别于“多孔层”，其例如包括大量空隙并且因此可以被认定为是非均质的。

[0022] 术语“外部金属化层”或者“表面金属化层”可以特别地指示形成电气元件或部件(例如芯片的)金属化的外部(顶层、底层和/或外侧壁层)表面的层，外部接触(例如焊线等等)能够连接到该层，或者反之亦然。应当指出表面金属化层还可以充当防蚀结构并且因此还可以被称为防蚀层。特别地，该防蚀层可以具有1或2nm与100nm之间、特别地在5nm与100nm之间、优选地在5nm与65nm之间，以及甚至更加优选地在5nm与50nm之间的厚度，

[0023] 特别地，该表面金属化层可以直接地形成在所述电接触上或者一个或若干其他导电层可以形成在该电接触与该表面金属层之间。应当指出的是，具有附接或形成于其上的表面金属化层的金属化电子或半导体芯片可以在形成表面金属化层的那个时间点处不被附接到基片、载体或者引线框。也就是说，在所述电子芯片被附接到基片或载体之前，包括金和银(或者由金和银的合金形成)的所述表面金属化层可以被形成在该芯片上。特别地，可以在所述电子芯片上形成表面金属化层，其必须区别于然后电子芯片被附接到其上的基片例如引线框上所形成的表面金属化层。

[0024] 特别地，该表面金属化层的厚度可以在2nm与100nm之间，优选地在5nm与65nm之间，并且更优选地在5nm与50nm之间的范围内。

[0025] 然后，包括金和银或者金/银合金或者由金和银或者金/银合金构成的表面金属化层的使用可以在成型化合物用于封装金属化电气部件(例如芯片或焊线)的情况下特别地有用，因为典型的成型材料具有对金/银化合物或者合金的良好或者改进的粘附。此外，这样的金/银层可以呈现良好的接合性能，例如焊线或者接合结构可以容易地或者可靠地附接或者接合到该金/银金属化层，其可以致使整个金属化电气元件(例如芯片或者甚至电子模块或结构)的高可靠性，所述金属化芯片或者焊线用在其中或者形成其部分。特别地，在多个应力周期之后例如由于(热和/或机械的)应力所导致的分层可以被降低。

[0026] 在下面描述了所述金属化电气部件的示范性实施方式。然而，关于这些实施例所描述的特征和元素能够与制造所述金属化电气部件、电子模块、金属化芯片以及金属化焊线的方法的示范性实施例相结合。

[0027] 根据所述金属化电气部件的示范性实施例，该金属化结构是无钯的。

[0028] 特别地，没有钯存在于整个表面金属化层中或者整个多层结构中。术语“无钯”可以特别地表示所述层或结构不包括在预期量内的钯或者被乐意添加该材料的事实。然而，钯的一些痕迹、污染物或者杂质当然可以是可能的。特别地，非意向性数量的钯可以低于预定阈值，例如低于质量的1％，或者甚至低于质量的0.1％等等。通常用于代替铅的钯的省略可以导致金属化结构的改进的抗蚀性，例如抗硫或者硫化合物。无钯金属化结构的提供可以进一步具有下述优点：钯关于有机成分(例如成型或者封装材料)的催化效应可以被降低或者避免。因此，可以可能的是，后来所形成的、金属化电气部件用于其中的电子模块的封装，可以被更加牢固地附接到电气部件例如为芯片、裸片等等。因此，还可以改进电子模块的(热和/或机械的)应力抵抗。

[0029] 根据金属化电气部件的示范性实施例，在表面金属化层中的金与银之间的质量比在1比2至5比1的范围内。

[0030] 也就是说，在表面金属化层中或者在整个金属化结构中的金的量可以在金/银合金或者化合物中的33质量％至84质量％之间(特别为40质量％至80质量％)。换句话说，金属化结构的金/银层或者表面金属化层可以包括33质量％至84质量％之间的金以及67质量％至16质量％之间的银。

[0031] 根据金属化电气部件的示范性实施例，金属化结构包括子层，该子层包括钛。

[0032] 特别地，子层的主要组分可以是钛或者子层甚至可以基本上由钛构成或者由钛构成。钛可以特别地适于提供粘附促进作用，即用作助粘剂。特别地，在表面金属化层的第一子层包括镍或者基本上由镍构成情况下，钛可以是合适的粘合剂或者助粘剂，在外部金/银表面金属化层被形成或沉积之前，然后钛子层被形成到该第一子层上。可替代地，包括钛或者由钛构成的子层可以形成在表面金属化层与用于电子芯片的接触或者接触焊盘的铜层之间。特别地，子层可以布置在芯片和/或形成或作为电子部件的部分的焊线与表面金属化层之间。

[0033] 根据金属化电气部件的示范性实施例，包含钛的子层具有1nm与20nm之间的厚度。

[0034] 特别地，钛层的厚度可以在1nm与15nm之间的范围内，优选地在2nm与10nm之间的范围内。

[0035] 根据金属化电气部件的示范性实施例，电气元件是电子芯片。特别地，电子芯片可以是半导体芯片。

[0036] 根据金属化电气部件的示范性实施例，该金属化结构包括子层，该子层包括钛。特别地，该子层可以被布置在芯片与表面金属化层之间。

[0037] 根据金属化电气部件的示范性实施例，电子元件是焊线。

[0038] 根据金属化电气部件的示范性实施例，焊线包括金属芯并且在该金属芯周围布置金属化结构。

[0039] 根据金属化电气部件的示范性实施例，金属芯包含铜。特别地，金属芯可以基本上由铜构成或者由铜构成。也就是说，没有有意添加的其他元素或者杂质可以存在于金属芯中。

[0040] 根据金属化电气部件的示范性实施例，金属化结构包括包含钛的子层，其布置在金属芯与表面金属化层之间。

[0041] 特别地，子层可以是钛层，即其中钛是该层的主要组分的层或者甚至子层基本上由钛构成或者由钛构成。这样的钛层可以特别地用作铜芯与金属化层之间的助粘剂。

[0042] 在下面描述了电子模块的示范性实施例。特别地，电子模块的封装可以包括成型材料，例如有机成型材料。

[0043] 根据电子模块的示范性实施例，金属化电气部件是电子芯片，其中所述电子模块进一步包括接合到表面金属化层的焊线。

[0044] 根据电子模块的示范性实施例，电气部件是焊线，其中所述电子模块进一步包括包含焊盘的电子芯片，其中所述焊线接合到所述焊盘。

[0045] 根据焊线的示范性实施例，外部防蚀层包括金和银的合金并且钛层布置在铜芯与外部防蚀层之间。

[0046] 特别地，可以提供防蚀层或结构，该防蚀层或结构包括外部防蚀(子)层以及包括钛或由钛构成的中间防蚀(子)层，其可以例如用作粘附促进层。

[0047] 根据示范性实施例所述外部防蚀层包括金和银的合金，其中在表面金属化层中的金和银之间的质量比在1比2至5比1的范围内。

[0048] 在下面将关于附图更加详细地描述金属化电气部件的特定实施例。

[0049] 图1示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化芯片。特别地，图1示出了金属化电子芯片100，该金属化电子芯片100包括导电电气元件例如电子(半导体)芯片101，该电子(半导体)芯片101具有布置于其上的金属化结构102和103，金属化结构102和103每个都包括可以直接布置在导电电气元件(例如电子芯片)101的上表面上(例如在电子芯片的接触焊盘或者连接层上)的各自的第一金属化子层104和105。金属化结构102和103的上部或外部层分别由表面金属化层106和107形成。该表面金属化层包含金和银，特别地基本上由金和银构成，例如可以包含33质量％到84质量％而其余67质量％至16质量％可以由银形成。特别地，应当指出整个金属化结构优选为无钯。

[0050] 图2示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化芯片的细节。特别地，图2示出了形成电子芯片(未在图2中示出)的接触区或者接触端子210的接触层210。接触区210例如可以包括铜，并且可以具有在5微米与50微米等等之间的范围内的厚度。在接触层210上，金属化结构202形成为或者沉积为包括多个子层。在图2中，三个子层211，212和
206被示出为形成金属化结构202。特别地，形成或沉积在接触层上的第一子层211由具有在大约200nm至1500nm范围内厚度的镍层形成，而第二子层212由钛形成并且具有大约1或2nm至10nm的厚度。应当指出镍层是可选层并且可以省略。

[0051] 钛层212可以充当在该钛层上形成的表面金属化层206与镍层211之间的助粘剂。表面或者外部金属化层206包括金和银并且具有例如大约5nm至65nm的范围内的厚度。在焊线(例如为铜和/或金焊线)被连接到金属化层并且同时可以实现可靠的连接或者固定到用于电子模块的封装的成型材料的情况下，所述金属化电子芯片被用在所述电子模块中，这样的表面金属化层可以提供良好的粘附。

[0052] 如在图2中能够看到的，金属化结构202不包括钯层并且还在子层中不使用钯。因此，可以改进金属化和封装的电子芯片对于例如存在于周围空气、成型材料或者其他任何粘附材料中的硫的抵抗。

[0053] 图3示意性地描绘了根据示范性实施例的金属化焊线320。特别地，金属化焊线320包括例如包含铜或者由铜构成的金属芯321。在金属芯321的表面上，表面金属化层或者防蚀层322被形成或者沉积而形成焊线320的外表面。表面金属化层322例如以以上提到的比例的包含金和银并且具有例如大约5nm与50nm之间的厚度。

[0054] 图4示意性地描绘了根据与图3中所示的类似的另一示范性实施例的金属化焊线420。特别地，金属化焊线420也包括例如包含铜或者由铜构成的金属芯421。在金属化焊线420的表面上，形成或者沉积表面金属化层或者防蚀层422。表面金属化层422例如以以上提到的比例包含金和银并且例如具有大约5nm与50nm之间的厚度。与在图3中所示的焊线相比，在金属芯421与表面金属化层422之间布置额外子层431。额外子层是钛子层，具有在大约1nm和20nm范围内的厚度并且用作粘附促进层。

[0055] 图5示意性地描绘了根据又一示范性实施例的金属化焊线540。特别地，金属化焊线540也包括例如由铜制备的金属芯521，以及由钛制备并且具有大约1nm至20nm的厚度的表面金属化或者防蚀层541。

[0056] 概述示范性实施例可以提供包括金属化结构的金属化电气部件，该金属化结构包括表面金属化层，该表面金属化层包括金和银或者基本由金和银构成，而在全部金属化层中基本上不采用钯。金/银表面金属化层的使用而省略钯可以提供所述金属化电气部件用于其中的封装电子模块的改进的性能。特别地，甚至在很多个热循环之后，可以改进有机成型化合物或材料至金属化电子部件的粘附。此外，金/银合金或者混合物可以呈现良好的接合能力，即焊线(例如铜和/或金)可以容易地粘附到表面金属化层。此外，由于避免了钯的催化效应，所以电子模块可以具有针对由存在于封装或者环境中的硫和/或氧化物所导致的有害作用的改进的抵抗。

[0057] 应当指出术语“包括”并不排除其他元素或特征，并且“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。结合不同实施例所描述的元件也可以进行组合。还应当指出附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。尽管参考特定实施方式特别地示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，在其中可以在形式和细节上作出各种改变。本发明的范围因此由所附的权利要求所指示，并且落入所述权利要求的等同方式的含义或范围内的各种改变因此旨在被包含在内。

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