阅读说明：本技术 用于封装的粘附增强结构 (Adhesion enhancing structure for packaging ) 是由 E·纳佩特施尼格 李伟杰 林慧莉 F·伦纳 M·罗加利 于 2019-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于封装(100)的粘附增强结构,所述封装包括具有焊盘(104)的电子芯片(102),其中,所述焊盘(104)至少部分地被粘附增强结构(106)覆盖,并且其中,所述焊盘(104)和所述粘附增强结构(106)具有至少一种共同的化学元素,特别是铝。(The invention provides an adhesion enhancing structure for a package (100) comprising an electronic chip (102) with pads (104), wherein the pads (104) are at least partially covered by an adhesion enhancing structure (106), and wherein the pads (104) and the adhesion enhancing structure (106) have at least one chemical element in common, in particular aluminum.)

用于封装的粘附增强结构

技术领域

本发明涉及封装和方法。

背景技术

例如用于汽车应用的封装为包括一个或多个集成电路元件的一个或多个电子芯片提供了物理保护壳。封装的集成电路元件的示例是场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、二极管和无源部件(例如电感器、电容器、电阻器)。此外，这样的封装可以用于制作系统级封装。

为了制造封装，可以通过适当的包封物或者封装的另一电介质结构来包封至少一个电子芯片。

然而，特别是在封装的机械完整性方面，封装的可靠性仍然可能有提高的空间。

发明内容

可能需要机械鲁棒的芯片封装。

根据示例性实施例，提供了一种鲁棒的封装，其包括具有焊盘的电子芯片，其中，焊盘至少部分地被粘附增强结构覆盖，并且其中，焊盘和粘附增强结构具有至少一种共同的化学元素(优选但不限于铝)。

根据另一示例性实施例，提供了一种封装，其包括芯片载体、安装在芯片载体上的电子芯片、以及覆盖芯片载体和电子芯片的至少其中之一的表面的至少部分的电介质结构，其中，所覆盖的表面的至少部分包括水热形成的粘附增强结构。

根据另一示例性实施例，提供了一种形成半导体封装的方法，其中，所述方法包括：提供基于铝的表面，以及借助于通过水热工艺形成的粘附增强结构使所述表面粗糙。

根据示例性实施例，可以通过用于触发粘附增强结构的形成的水热工艺对表面(例如包括铝)进行处理。粘附增强结构能够增强所覆盖的表面与形成于其上的电介质结构之间的粘附。结果，可以制造出在机械完整性和电性能方面具有高度有利的特性的封装。适当的机械完整性源自于对表面和电介质结构之间的剥离的强抑制趋势，其归因于水热产生的粘附增强结构的提供。有利的电完整性源自于这样一种事实：可以确保在表面和电介质结构之间的适当连接，这防止不希望出现的现象(例如，湿气)进入封装中的未适当连接的电介质结构和导电表面之间的微小缝隙中。有利地，所提及的处于(优选包括铝的)表面上的(优选包括铝的)粘附增强结构可以是以水热方式制造的，即，通过含水介质和热量的结合的方式来制造，即，采取一种简单的方式来制造并且不涉及有害物质。特别有利的是，这样的水热工艺可以不需要铬。

因而，示例性实施例使用在基于铝的金属区域上或者在Al₂O₃层覆盖的铜区域上经由温度水解而生长的粘附增强结构作为用于鲁棒的封装的粘附促进物。可以容易地通过光学检测对这些粘附增强结构进行监测。实施方式可以使粘附促进工艺保持合理的小工作量。粘附增强结构可以被有利地用作焊盘或其它表面(一方面)与诸如包封物的电介质结构(另一方面)之间的粘附促进物。此外，水热形成的粘附增强结构可以起到减少、乃至消除不健康且有害的材料的作用。

示例性实施例的主旨在于形成一种半导体封装，所述半导体封装在其铝接触焊盘和诸如模制部件的电介质结构之间具有改善的粘附。在铝接触焊盘的表面处，可以布置枝晶结构(dendrite structure)或者其它种类的粘附增强结构，以提供粗糙表面。此外，可以通过水热工艺来生长粘附增强结构。具体而言，所生长的粘附增强结构可以在覆盖有粘附增强结构的铝焊盘或其它表面上实现低成本且高质量的模制化合物粘附。

根据示例性实施例，提供了一种用于形成半导体封装的方法，其可以在半导体封装的铝接触焊盘和诸如模制部件的电介质结构之间提供改善的粘附。在铝接触焊盘的表面处，可以布置枝晶结构或者其它种类的粘附增强结构，以提供粗糙表面。有利地，可以通过水热工艺生长粘附增强结构。

对其它示例性实施例的描述

在下文中，将解释封装和方法的其它示例性实施例。

在本申请的语境下，术语“封装”可以特别表示至少一个部分或完全包封和/或涂覆的电子芯片，所述电子芯片具有至少一个直接或者间接的外部电接触部。

在本申请的语境下，术语“电子芯片”可以特别表示提供电子功能的芯片(更特别地，半导体芯片)。电子芯片可以是有源电子部件。在一个实施例中，电子芯片被配置成控制器芯片、处理器芯片、存储器芯片、传感器芯片或者微机电系统(MEMS)。在替代实施例中，电子芯片有可能被配置成功率半导体芯片。因而，电子芯片(例如，半导体芯片)可以用于例如汽车领域中的功率应用，并且可以例如具有至少一个集成绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或至少一个其它类型的晶体管(例如，MOSFET、JFET等)和/或至少一个集成二极管。例如，这种集成电路元件可以是通过硅技术或者基于宽带隙半导体(例如碳化硅、氮化镓或者硅上氮化镓)制作的。半导体功率芯片可以包括一个或多个场效应晶体管、二极管、逆变器电路、半桥、全桥、驱动器、逻辑电路、其它器件等。电子芯片可以是裸管芯，或者可以是已经封装或包封的。然而，电子芯片也可以是无源部件，例如电容器或电阻器。

在本申请的语境下，术语“芯片载体”可以特别表示至少部分导电的结构，其同时充当一个或多个电子芯片的安装基底，并且还促进电子芯片与封装的电子环境的电连接。换言之，芯片载体可以实现机械支撑功能和电连接功能。载体的优选实施例是引线框架。

在本申请的语境下，术语“粘附增强结构”或者粘附促进结构可以特别表示从表面(例如焊盘)、优选按照具有随机取向的方式和/或按照交织(intermingling)方式延伸的物理主体，从而与没有粘附增强结构的表面的粗糙度相比提高了粗糙度。粘附增强结构可以是粘附增强纤维，所述粘附增强纤维可以具有随机取向并且可以形成纤维网络。具体而言，粘附增强结构可以与表面共享至少一种材料(优选为铝)，其中，粘附增强结构从所述表面延伸或者与所述表面整体形成。例如，粘附增强结构可以是纤维、细丝、毛状物或者股线。描述性地讲，粘附增强结构可以被体现为或者可以被表示为枝晶。

在本申请的语境下，术语“水热工艺”可以特别表示将水(特别是仅有水或者基本上仅有水)和热能(特别是通过将水加热到超过室温但是处于蒸发温度以下的温度所提供热能)的存在结合以用于对表面(特别是铝表面，例如铝焊盘)的材料进行处理的工艺。优选地，水热工艺可以基于下层表面的材料引起粘附增强结构的形成。

在本申请的语境下，术语“电介质结构”可以特别表示覆盖表面并且与粘附增强结构的至少部分接触(优选直接接触)的电绝缘材料。例如，这样的电介质结构可以是包封物，例如模制化合物。

在实施例中，粘附增强结构包括粘附增强纤维或者由粘附增强纤维构成，所述粘附增强纤维特别是纳米纤维和微纤维的至少其中之一。纤维可以表示长股材料。粘附增强纤维可以具有随机取向，并且可以被交织，以形成具有粗糙外表面的层。纳米纤维可以是具有处于纳米的范围内的尺寸的纤维。微纤维可以是具有处于微米的范围内的尺寸的纤维。

在实施例中，封装包括至少部分地直接覆盖电子芯片的电介质结构。更具体而言，电介质结构可以至少部分地直接覆盖电子芯片的一个或多个焊盘。优选地，电介质结构可以至少部分地直接覆盖焊盘上的粘附增强结构。替代地或此外，这样的电介质结构还可以覆盖其上可以安装至少一个电子芯片的芯片载体的至少部分，和/或这样的电介质结构可以覆盖将电子芯片与芯片载体连接的连接元件的至少部分。

在实施例中，电介质结构包括至少部分包封至少所述电子芯片的包封物，或者由所述包封物构成。在本申请的语境下，术语“包封物”可以特别表示包围电子芯片和/或芯片载体的部分和/或连接元件的部分以提供机械保护和电绝缘、并且任选在操作期间对散热有贡献的基本上电绝缘并且优选导热的材料。例如，这样的包封物可以是模制化合物。例如用于提高热导率的填充颗粒(例如，SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、BN、AlN、金刚石等)可以被嵌入在包封物的基于塑料(例如，基于环氧树脂)的基质中。

形成电介质结构可以包括由模制(特别是注入模制)、涂覆和浇注构成的组中的至少一个。模制可以被表示为通过使用可以被称为模具的刚性框架对液态或可塑原材料进行塑形的制造过程。模具可以是具有填充有液体或可塑材料的内部空心体积的挖空的块或工具组。所述液体在模具内硬化，从而采取了模具的形状。

在实施例中，粘附增强结构包括氧化铝和/或氢氧化铝。氧化铝可以被表示为铝和氧的化学化合物(特别是具有化学分子式Al₂O₃)。氢氧化铝可以是在存在铝和水时形成的(并且可以特别具有化学分子式Al(OH)₃)。氧化铝和/或氢氧化铝可以是在对与热水接触的表面的铝材料进行水热处理时形成的。

在实施例中，焊盘包括铝或者由铝构成。具体而言，焊盘可以包括纯铝、铝-铜、铝-硅-铜以及具有氧化铝涂层的铜的至少其中之一。当焊盘的体块材料或基底材料包括铝(并且任选包括诸如铜、硅等的一种或多种其它材料)时，在水热工艺中利用热水对该焊盘材料的处理可以引起粘附增强结构的形成。然而，已经证明有可能以水热方式对包括(例如)铜作为体块或基底材料并且被氧化铝的薄表面层(例如，具有处于1nm和20nm之间的范围内的厚度，例如，具有6nm的厚度)覆盖的焊盘进行处理，以由此产生粘附增强结构。在后一实施例中，表面层的铝材料可以被转换成和/或可以进行反应以形成粘附增强纤维。在研究中，证明了有可能成功地在基于铝的焊盘上以及顶部上具有原子层沉积(ALD，原子层沉积)的Al₂O₃层的铜焊盘上生长枝晶。

在实施例中，粘附增强结构形成基本上均匀的层。这样的基本上均匀的层可以在被粘附增强结构覆盖的整个表面之上具有基本上恒定的厚度和/或可以具有基本上均匀的密度。这样确保了所促进的粘附效果以基本上恒定的强度在大面积上起作用。因此可以防止在电介质材料和表面之间存在关于粘附的弱点。

在实施例中，粘附增强结构具有处于50nm和1000nm之间、特别是处于100nm和300nm之间的范围内的高度。用于调整厚度的主要设计参数是对表面进行水热处理(特别是浸没在热水中)的处理时间。

在实施例中，封装包括在其上安装电子芯片的芯片载体。例如，这样的芯片载体可以包括在两个相对的主表面上覆盖有相应的金属层的引线框架和/或陶瓷薄板(特别是直接铝接合(DAB)衬底和/或直接铜接合(DCB)衬底)。

在实施例中，载体是引线框架。这样的引线框架可以是薄板状金属结构，其可以被图案化以便形成用于安装封装的一个或多个电子芯片的一个或多个安装区段、以及用于在电子芯片被安装到引线框架上时将封装电连接至电子环境的一个或多个引线区段。在实施例中，引线框架可以是金属板(特别是由铜制成)，其可以通过例如冲压或者蚀刻而被图案化。将芯片载体形成为引线框架是成本高效的，并且在机械和电气上是非常有利的配置，其中，能够使至少一个电子芯片的低欧姆连接与引线框架的鲁棒的支撑能力相结合。此外，由于引线框架的金属材料(特别是铜)的高热导率的原因，引线框架可以对封装的导热性有贡献，并且可以去除在电子芯片的操作期间生成的热量。引线框架可以包括例如铝和/或铜。

在实施例中，所述方法包括在导电表面上形成粘附增强结构。具体而言，可以在上面以水热方式生长粘附增强结构的表面(优选包括铝)可以是金属表面(例如，包括金属铝材料)。然而，还有可能通过在电介质或电绝缘表面(例如，包括电介质氧化铝材料)上以水热方式生长粘附促进纤维而形成粘附促进效果。结果，还有可能提高封装中的将由模制化合物包封的电介质(优选包括铝)表面处的粘附。

在优选的实施例中，所述方法包括将所述表面的材料转换成粘附增强结构的至少部分。例如，粘附增强结构可以因此与它们的生长和延伸的表面整体形成。换言之，水热工艺可以包括以水热方式将表面的材料转换或者改性成粘附增强结构的过程。因此，可以由表面材料(特别是由焊盘材料、芯片载体材料和/或连接元件材料)创建粘附增强结构(特别是粘附增强纤维)。具体而言，通过对表面进行水热处理，表面本身的材料可以被化学改性，以形成粘附增强结构。结果，可以获得表面的其余材料(一方面)与整体形成的粘附增强结构(另一方面)之间的适当的完整性。作为该材料转换的结果，表面的材料(一方面)和粘附增强结构的材料(另一方面)可以共享至少一种化学元素，或者甚至可以是化学等同的。

在实施例中，所述方法包括为电子芯片提供焊盘，所述焊盘提供表面(特别是导电表面)。这样的焊盘可以提供半导体管芯(一方面)与包封在封装中的导电连接元件(例如，接合线、接合带或者夹具)(另一方面)之间的电接触。夹具可以是三维弯曲板型连接元件，其具有将连接至相应电子芯片的上主表面和芯片载体的上主表面的两个平面区段，其中，两个所提及的平面区段通过倾斜连接区段互连。作为这种夹具的替代，有可能使用作为柔性导电线或带状主体的接合线或者接合带，其具有连接至相应芯片的上主表面的一个端部部分和电连接至芯片载体的另一相对端部部分。在包封物内，可以通过安装在载体的安装区段上的芯片的上主表面处的芯片焊盘(一方面)与载体的引线区段(另一方面)之间的连接元件来形成导电连接。

在实施例中，封装包括将电子芯片与芯片载体电耦合并且具有至少部分被电介质结构覆盖的表面的连接元件。连接元件的被覆盖的表面可以包括以水热方式形成的粘附增强结构。因而，还可以在诸如接合线、接合带或夹具的连接元件上提供粘附促进，所述连接元件也可以由诸如模制化合物的包封物包封。这进一步提高了封装的机械完整性。

在实施例中，所述方法包括提供基于铝的表面(特别是导电表面)。通过水热工艺，这样的铝材料然后可以用于形成粘附增强结构。结果，粘附增强结构则还包括铝材料或由铝材料构成。

在下文中，将描述与水热工艺有关的一些具体实施例：

在实施例中，所述方法包括通过将导电表面置于热(即，被加热到环境温度以上)的水溶液中而形成粘附增强结构。这样的水溶液可以包括水或者由水构成。

在实施例中，所述方法包括将水溶液加热到处于50℃和90℃之间的范围内、特别是处于70℃和80℃之间的范围内的温度。热水或者加热的水的温度应当高到足以确保基于下层表面(特别是下层焊盘)的材料的粘附增强结构的有效生成。另一方面，水溶液的温度应当足够低，以防止水溶液蒸发。在从50℃到90℃的整个温度范围内能够实现良好的结果。在70℃和80℃之间的温度范围内能够获得卓越的结果。

在实施例中，所述方法包括提供蒸馏水或者纯净水作为水溶液。蒸馏水可以表示被煮沸成为蒸汽并且在单独容器中凝结成液体的水。原始水中的在水的沸点以下或者沸点处不沸腾的杂质保留在原始容器中。因而，蒸馏水是可以有利地用于示例性实施例的一种类型的纯净水，其中，其它类型的纯净水也可以用于水溶液。因而，纯水可以充当用于触发粘附增强结构(特别是粘附增强纤维或枝晶)的水热形成的高度生物兼容并且高度有效的介质。

在实施例中，所述方法包括使导电表面(特别是整个电子芯片)在加热的水溶液中维持1分钟和10小时之间的时间间隔，特别是维持10分钟和3小时之间的时间间隔。持续时间可以被用作用于定义粘附增强结构的层的厚度的设计参数。例如，使铝焊盘在75℃的热水中保持10分钟可以导致大约500nm的厚度的粘附增强结构的形成。

在实施例中，所述方法包括至少部分地包封(特别是通过模制)其上具有粘附增强结构的表面。在通过形成粘附增强结构而使所述表面(特别是焊盘)粗糙之后，利用包封物直接覆盖粘附增强结构。因而，包封物适当地附着至粘附增强结构，由此确保整个所形成的封装的高机械完整性。

在实施例中，至少一个电子芯片包括半导体芯片，特别是功率半导体芯片。具体而言，当至少一个电子芯片为功率半导体芯片时，在封装的操作期间生成的大量的热量可能导致作用于封装的电接口和机械接口上的热负载。然而，由于本文所公开的粘附增强结构，即使在这样的恶劣条件下也可以防止对封装的损坏。

在实施例中，电子芯片包含至少一个、特别是至少三个或者至少八个晶体管(例如场效应晶体管，特别是金属氧化物半导体场效应晶体管)。典型地，电子芯片可以包括很多晶体管。

作为形成电子芯片的基础的衬底或晶片，可以使用半导体衬底，优选地使用硅衬底。替代地，可以提供氧化硅或者另一绝缘体衬底。还有可能实施锗衬底或者III-V半导体材料。例如，示例性实施例可以是采用GaN或SiC技术实施的。

此外，示例性实施例可以利用标准半导体处理技术，例如适当的蚀刻技术(包括各向同性和各向异性蚀刻技术，特别是等离子体蚀刻、干法蚀刻、湿法蚀刻)、图案化技术(其可能涉及光刻掩模)、沉积技术(例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、溅射等)。

结合附图根据以下描述和所附权利要求，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，类似的部分或要素通过类似的附图标记表示。

附图说明

包括附图以用于提供对示例性实施例的进一步理解并且附图构成说明书的部分，附图示出了示例性实施例。

在图中：

图1示出了在执行根据示例性实施例的水热工艺之前的基于铝的焊盘的表面形貌。

图2示出了在执行根据示例性实施例的水热工艺之后的图1的基于铝的焊盘的表面形貌。

图3示出了在水热工艺之后的根据示例性实施例制造的铝焊盘上的粘附增强结构的侧视图。

图4示出了在水热工艺之后的根据示例性实施例制造的铝焊盘上的粘附增强结构的俯视图。

图5在粘附测试方面示出了在附接胶带之前的根据示例性实施例的具有粘附增强结构的基于铝的表面。

图6在粘附测试方面示出了已附接胶带的图5的具有粘附增强结构的基于铝的表面。

图7在粘附测试方面示出了在去除胶带之后的图6的具有粘附增强结构的基于铝的表面。

图8示出了根据示例性实施例的封装的截面图。

图9到图13分别示出了在10分钟(图9)、20分钟(图10)、30分钟(图11)、60分钟(图12)和180分钟(图13)的暴露时间之后的铝焊盘表面的俯视图。

图14到图18分别示出了在10分钟(图14)、20分钟(图15)、30分钟(图16)、60分钟(图17)和180分钟(18)的暴露时间之后的图9到图13的焊盘表面的侧视图。

图19和图20分别示出了使用ALD(原子层沉积)沉积工艺的Al₂O₃层覆盖的铜焊盘在20分钟的暴露之后的焊盘表面的俯视图和侧视图。

图21和图22分别示出了在以70℃的热去离子水进行10分钟的喷射之后的覆盖有通过ALD形成的Al₂O₃层的铜焊盘上的Al-O-H枝晶的俯视图和俯视图。

图23示出了根据示例性实施例的封装的截面图。

图24示出了根据另一示例性实施例的封装的截面图。

图25是示出根据示例性实施例的形成半导体封装的方法的流程图。

具体实施方式

附图中的图示只是示意性的。

在更加详细地描述其它示例性实施例之前，将对开发示例性实施例所基于的本发明的一些基本考虑事项进行总结。

根据示例性实施例，可以在诸如焊盘的表面(特别包括铝)上生长粘附增强结构(特别是氧化铝枝晶)，以实现该表面上的良好模制化合物粘附。

就半导体封装而言，需要高可靠性。主要问题之一是封装中的模制化合物粘附，尤其是金属焊盘区域与模制化合物之间的粘附。在该界面处，有利的是使表面尽可能粗糙，以实现(从描述上来讲)模制化合物树脂和表面之间的相互扩散区域。

根据示例性实施例，可以通过具有简单的化学属性的非常简单的工艺实现对抗封装的不合乎需要的剥离的可靠保护。已经证明，粘附增强结构的生长的适当的均匀性可以使适当的粘附成为可能，而不必面临质量问题。除了简单的处理之外，由于其健康且无害的成分，根据示例性实施例的过程还在作业安全性和健康限制方面具有优势。由于便宜的材料以及具有小占用空间的简单工具，简单工艺和对应的简单工具允许以低工作量完成制造。

示例性实施例制造通过水热工艺生长的氢氧化铝粘附增强结构(特别是粘附增强纤维)，从而提供低负担且健康的解决方案。结果表明，枝晶生长具有非常好的一致性和可复现性。在实验中已经研究了具有基于铝的焊盘以及覆盖有ALD制造的Al₂O₃层的铜焊盘的样本。枝晶是通过将裸芯片或者引线框架上的组装芯片放置到例如75℃的热水中达到适当时间而生长的。

示例性实施例允许制造出具有零剥离趋势或者极低的剥离趋势的鲁棒的封装。同时，可以有利地在不对系统添加其它材料并且避免复杂的有害工艺的情况下执行示例性实施例。

更一般地，并且还参考下文更详细描述的图5，根据示例性实施例的形成半导体封装100的制造工艺可以如下文所述。

首先，可以为电子芯片102提供一个或多个接触焊盘104，所述接触焊盘104包括铝并且具有暴露的导电表面112。例如，相应的接触焊盘104可以由纯铝、铝-铜、或者铝-硅-铜制成。相应的接触焊盘104还有可能由具有薄氧化铝涂层的铜基底构成。氧化铝是电绝缘的，以使得稍后将生长粘附增强结构106的表面112也可以是电绝缘的而不是导电的。

此后，所述方法可以包括使用水热工艺使一个或多个接触焊盘104的表面112粗糙。就该水热工艺而言，有可能在焊盘104上并基于焊盘104的材料生长粘附增强结构106(特别是可以具有纳米到微米数量级的尺寸的粘附增强纤维或枝晶结构)。换言之，焊盘104本身可以是形成与焊盘104作为整体的粘附增强结构106的材料来源。因此，水热工艺以水热方式将表面112的材料转换成粘附增强结构106，以由此固有地生长而非沉积粘附增强结构106。结果，基于焊盘104(包括铝)形成的粘附增强结构106也可以包括铝。因而，粘附增强结构106和焊盘104都可以包括铝，即，可以具有至少一种共同的化学元素(特别是Al)。因而，可以通过将相应焊盘104的表面112的材料修改性或者转换成粘附增强结构106而形成粘附增强结构106。

就所提及的用于形成粘附增强结构106的水热工艺而言，具有一个或多个焊盘104(具有导电表面112)的电子芯片102可以被放置在热的水溶液中，更具体地，可以被浸没在热水中。优选地，可以将水溶液加热到优选处于70℃和80℃之间的温度，例如，加热到75℃。该温度选择可以确保粘附增强纤维的有效形成。可以使用去离子水或者蒸馏水作为水溶液。可以使具有至少一个具有导电表面112的焊盘104的电子芯片102保持浸没在加热的水溶液中达到选定的时间间隔(例如，在10分钟和3小时之间)。电子芯片102保持浸没在纯净水中的持续时间确定在相应焊盘104的表面112上整体形成的粘附增强结构106的层的厚度。在形成粘附增强结构106之后，表面112具有提高的粗糙度，这改善了模制化合物或者接下来形成的另一包封物的粘附特性。

因而，所述方法包括接下来通过执行模制过程由作为电介质结构108的包封物(例如模制化合物)来包封具有一个或多个焊盘104的电子芯片102，其中，焊盘104具有被粘附增强结构106覆盖的表面112。

图1示出了在使焊盘104的暴露表面112经受根据示例性实施例的水热工艺之前的基于铝的焊盘104的表面形貌。图2示出了在根据示例性实施例的水热工艺已经在表面112上形成了粘附增强结构106之后，即，在已经形成了具有纳米纤维的形式的粘附增强结构106之后的图1的基于铝的焊盘104的表面形貌。因而，图1和图2示出了在上述水热工艺之前(图1)和之后(图2)的基于铝的焊盘104的表面形貌。图1和图2示出了扫描电子显微镜(SEM)图像。

从图2可以看出，在所描述的处理之后已经发现了粘附增强结构106对表面112的均匀覆盖。

根据图1和图2所涉及的方法的示例性实施例，利用去离子水(DI水)使特氟隆(聚四氟乙烯)烧杯溢出30分钟。此后，利用80m的处于室温下的去离子水填充烧杯。在烤盘上将包括水的烧杯加热到75℃，并且将要形成粘附增强结构的样本浸没在水中。在适当的暴露时间之后，将烧杯从烤盘上移开，并且允许烧杯冷却至室温。将样本从烧杯中取出。

图3示出了在水热工艺之后的根据示例性实施例制造的铝焊盘104上的粘附增强结构106的侧视图。图4示出了在水热工艺之后的根据该示例性实施例制造的铝焊盘104上的粘附增强结构106的俯视图。因而，图3和图4示出了通过实验采集的图像(SEM、TEM、透射电子显微镜)上的粘附增强结构106。

经由SEM、TEM和EDX(能量色散X射线光谱测定)的分析指示，粘附增强结构106生长得非常均匀，例如，具有大约200nm的厚度。可以从图3可以特别看出，粘附增强结构106形成了大体上均匀的层。还可以从实验看出，焊盘104和粘附增强结构106之间的界面是非常平滑的，而没有不均匀腐蚀的迹象。还可以从实验确认：成分也是均匀的，并且粘附增强结构106是(氢)氧化铝。

图5到图7示出了根据示例性实施例的具有粘附增强结构106的基于铝的表面112的粘附测试的结果。

图5在粘附测试方面示出了在附接胶带之前的根据示例性实施例的具有粘附增强结构106的基于铝的表面112。

图6在粘附测试方面示出了仅在部分172中附接了胶带170的图5的具有粘附增强结构106的基于铝的表面112。另一部分174未被胶带170覆盖。

图7在粘附测试方面示出了在去除胶带170之后，即从部分172去除了胶带170之后的图6的具有粘附增强结构106的基于铝的表面112。从图7可以看出，胶残留176是可见的，这指示了适当的粘附特性。

所描述的利用粘胶带170所做的粘附测试表明，粘附增强结构106增强了粘附，同时粘附增强结构106不容易断裂，参见图5到图7。

图8示出了根据示例性实施例的被配制成芯片载体110上的包封电子芯片102的封装100的截面图。电子芯片102可以具有一个或多个焊盘104。更具体而言，图8示出了根据示例性实施例的被体现为晶体管外形(TO)封装的封装100的截面图。封装100被安装在安装基底118上，这里安装基底118被体现为印刷电路板(PCB)。

安装基底118包括被体现为安装基底118的通孔中的镀层的电接触部134。当封装100被安装在安装基底118上时，电子部件100的电子芯片102经由封装100的导电芯片载体110(这里被体现为引线框架)电连接至电接触部134。

电子芯片102(这里被体现为功率半导体芯片)被以粘结或焊接方式(例如，通过导电粘合剂、焊膏、焊接线或者扩散焊接)安装在芯片载体110(参见附图标记136)上。包封物(这里被体现为模制化合物)形成了电介质结构108，并且包封引线框架类型芯片载体110的部分和电子芯片102。从图8可以看出，电子芯片102的上主表面上的焊盘104经由完全包封的夹具型或接合线型连接元件114电耦合至部分包封的引线框架型芯片载体110。

在功率封装100的操作期间，具有电子芯片102的形式的功率半导体芯片生成热量。为了确保电子芯片102的电绝缘以及朝向环境去除来自电子芯片102内部的热量，提供电绝缘并且导热的界面结构152，其覆盖引线框架型芯片载体110的暴露表面部分以及处于封装100的底部的包封物型电介质结构108的连接的表面部分。界面结构152的导热特性促进经由导电引线框架型芯片载体110通过界面结构152并朝向散热主体116从电子芯片102去除热量。可以由诸如铜或铝的高度导热材料制成的散热主体116具有直接连接至界面结构152的基体154，并且具有从基体154相互平行地延伸的多个冷却鳍状物156，以便朝向环境去除热量。

就常规而言，图8中所示类型的封装100可能遭受电介质结构108的模制材料(一方面)与被包封在电介质结构108内并与电介质结构108直接接触的封装100的各种部件(特别是焊盘104、芯片载体110、连接元件114)的材料(另一方面)之间的剥离。高度有利的是，封装100通过在一方面的电介质结构108和另一方面的所提及的构成部分中的一者或多者之间的界面处提供水热形成的粘附增强结构106而可靠地防止电介质结构108内的任何剥离或不良粘附趋势。下文将对此做出更详细的描述。

首先参考细节180，图8中表明电介质结构108覆盖电子芯片102的焊盘104的导电表面112。为了提高粗糙度并因此提高粘附特性，提供了具有粘附增强结构106的导电表面112，所述粘附增强结构106被配置成交织的纳米纤维。例如，焊盘104可以由铝制成，并且粘附增强结构106也可以包括铝，例如，可以包括作为水热制造工艺的结果的氧化铝或氢氧化铝，如上文所述。结果，电介质结构108直接覆盖焊盘104上的粘附增强结构106的暴露部分，并因此经由焊盘104的粘附增强结构106而适当地附着至焊盘104。粘附增强结构106可以具有例如500nm的高度h。

现在参考另一细节182，封装100还包括水热形成的粘附增强结构106，其包括处于引线框架型芯片载体110和电介质结构108之间的界面处的铝。为了在芯片载体110上按照如上文所述的对应方式形成粘附增强结构106，有利的是，芯片载体110由铝制成或者至少在表面112(将在其上以水热方式生长粘附增强结构106)上具有铝材料。之后，在水热工艺期间，将芯片载体110的表面上的材料改性或者转换成其上的粘附增强结构106。

图8中的又一细节184示出了(例如夹具型或者接合线型)连接元件114将芯片载体110与电子芯片102的焊盘104电连接。如所示，封装100还包括水热形成的粘附增强结构106，其包括处于连接元件114和电介质结构108之间的界面处的铝。为了在连接元件114上按照如上文所述的对应方式形成粘附增强结构106，有利的是，连接元件114由铝制成或者至少在表面112(将在其上以水热方式生长粘附增强结构106)上具有铝材料。之后，在水热工艺期间，将连接元件114的表面上的材料改性或者转换成粘附增强结构106。因而，将电子芯片102与芯片载体110电耦合的连接元件114也具有被电介质结构108覆盖并且被提供有水热形成的粘附增强结构106的表面112。

就实施例而言，有可能在用于基于Al的焊盘104以及用于利用ALD覆盖的Cu焊盘104的焊盘区域上形成粘附增强结构106。均匀的枝晶层产生均匀的光学外观，从而实现对工艺效率的视觉检验。

图9到图13分别示出了在10分钟、20分钟、30分钟、60分钟和180分钟的暴露时间之后的铝焊盘表面的俯视图。换言之，图9到图13示出了在不同持续时间之后的基于铝的焊盘104的表面形貌。图14到图18分别示出了在10分钟、20分钟、30分钟、60分钟和180分钟的暴露时间之后的该焊盘表面的侧视图。在侧视图中，示出了在不同持续时间之后的基于铝的焊盘104上的Al-O-H枝晶或者粘附增强结构106(利用SEM从断裂晶片取得的10-60分钟的图像或者利用TEM取得的180分钟的图像)。

图19和图20分别示出了在使用ALD沉积工艺的覆盖有Al₂O₃层的铜焊盘104的20分钟的暴露时间之后的所述表面的俯视图和侧视图。示出了在20分钟之后的受到保护的铜焊盘104上的Al-O-H枝晶的顶视图和侧视图(通过TEM采集的)。

两种焊盘104均在俯视图中表现出枝晶生长，而厚度随着暴露时间而变化，并且覆盖有ALD形成的Al₂O₃层的铜焊盘104的厚度较薄。尽管基于铝的焊盘104具有大约600nm厚的枝晶，但后一种情况产生了50nm厚的粘附促进结构106的层。在所有情况下，枝晶生长都是非常均匀的。焊盘金属和枝晶之间的界面非常平滑，而没有任何不均匀侵蚀的迹象，而且成分也是如此。

基于这些分析结论，有可能将经由温度水解生长的Al-H-O枝晶实施为用于鲁棒封装的粘附促进物。分析和评估已经证明，也有可能在基于铝的金属区域上生长均匀枝晶，像在被ALD Al₂O₃层覆盖的铜区域上一样。

鉴于该生长过程，还有可能在引线框架(或者更一般的芯片载体110)的层级上实施水解。封装100的铜区域可以被ALD Al₂O₃层覆盖，ALD Al₂O₃层可以被沉积在单个封装部件(例如铜焊盘104、铜引线框架或者其它芯片载体110)上或者在引线接合工艺之后被沉积在例如完成的封装100上。

图21示出了在以70℃的热去离子水进行10分钟的喷射之后的覆盖有ALD Al₂O₃层的铜焊盘104上的Al-O-H枝晶的俯视图。图22示出了对应的侧视图。图21和图22示出了研究的结果，其中，具有受到ALD型Al₂O₃层保护的铜焊盘104的晶片在湿化学蚀刻工具上在高温下暴露至湿气。其表明从6nm的薄层上生长出厚的枝晶。

图23示出了根据示例性实施例的封装100的截面图。

图23的封装100包括具有被粘附增强结构106覆盖的焊盘104的电子芯片102。焊盘104和粘附增强结构106具有共同的化学元素，例如铝。

图24示出了根据另一示例性实施例的封装100的截面图。

图24的封装100包括芯片载体110、安装在芯片载体110上的电子芯片102、以及覆盖芯片载体110和电子芯片102的表面112的电介质结构108。被覆盖的表面112包括水热形成的粘附增强结构106。

图25是示出根据示例性实施例的形成半导体封装100的方法的流程图190。

所述方法包括：提供基于铝的表面112(参见框192)，以及通过借助于水热工艺形成粘附增强结构106而使表面112粗糙(参见框194)。

应当指出，术语“包括”不排除其它元件或特征，并且术语“一”不排除复数。也可以使联系不同实施例描述的元件相结合。还应当指出，附图标记不应被理解为限制权利要求的范围。此外，本申请的范围并非旨在局限于说明书中描述的工艺、机器、制造、物质的成分、手段、方法和步骤的具体实施例。相应地，所附权利要求旨在将这种工艺、机器、制造、物质的成分、手段、方法和步骤包括在其范围内。