用于微电子部件的导电元件和形成此类导电元件的过程

摘要

本申请涉及用于微电子部件的导电元件和形成此类导电元件的过程。焊点包括具有不同熔点的两种不同焊接材料，外焊接材料在接合到导电垫的内焊接材料上延伸，所述内焊接材料具有比所述外焊接材料的熔点低的熔点且在基本上环境温度下处于固态。具有比任一焊接材料的熔点高的熔点的金属材料可涂布所述内焊接材料的至少一部分。还公开并入有所述焊点的微电子部件、组件和电子系统以及用于形成和修复所述焊点的过程。

说明书

本申请要求2019年12月18日提交的第16/719,643号美国专利申请“用于形成自修复焊点和其修复的过程、相关焊点以及并入有此类焊点的微电子部件、组件和电子系统(Processes for Forming Self-Healing Solder Joints and Repair of Same,RelatedSolder Joints,and Microelectronic Components,Assemblies and ElectronicSystems Incorporating Such Solder Joints)”的申请日权益。

技术领域

本文公开的实施例涉及用于微电子部件的导电元件以及用于形成此类导电元件的过程。更具体地说，本文公开的实施例涉及呈自修复焊点形式的导电元件、用于形成此类焊点的过程，以及并入有此类焊点的微电子部件、微电子部件组件和电子系统。

背景技术

数十年来，包括单种金属材料的呈焊点(即，焊球、焊料凸块)形式的导电元件用于以物理方式以及电气方式将微电子部件彼此连接、连接到衬底以及连接到高级别封装。虽然提供了相对稳固的连接，但由于在高温方面的操作需求在热循环中有波动，因此在电子系统的操作寿命期间不断增多的热循环次数以及越来越小的微电子外形尺寸和随之而来的较小焊点间距和每个接点的焊料体积都会增大接点失效和开路的可能性。严苛的使用环境，例如汽车应用(具有极端温度和耐久性要求)和服务器应用(具有严格的可靠性和耐久性要求)，可能会进一步增加焊点失效的可能性。

图1A到1C说明将例如微电子部件(例如半导体裸片、中介层)连接到另一微电子部件(例如另一半导体裸片、基底晶片、印刷电路板)的呈包括单种金属材料的回焊焊料块形式(例如焊球、焊料凸块)的常规焊点的失效机制。如图1A中所描绘，在时间t＝0，焊料块已被加热到液相线状态(例如，在烤箱中)以在存在合适助焊剂的情况下回焊到焊料块所处的微电子部件100的湿接合垫102且到(例如)另一相邻微电子部件200的端子垫202，以在冷却后形成接合到接合垫102和端子垫202的焊点104。虽然未展示，但焊料块常规上被安置在接合垫102上所谓的凸块下金属化物(under-bump metallization，UBM)上，所述UBM包括多个不同金属层以确保接合垫的金属与焊点的合金之间的接合。如图1B中所展示，在操作中，随着微电子部件在低温与高温之间轮转且在数个此类热循环之后，裂缝C可能在接合到接合垫102的焊点104的底部部分104B与仍然完整且牢固地接合到接合垫102的焊点其余部分104R之间开始从焊点104的外边界扩展开来。随着操作继续经历更多热循环，裂缝C在底部部分104B与焊点其余部分104R之间继续扩展穿过焊点104，直到焊点104完全破裂，从而产生中断D，最好的情况是会增大电阻且弱化接点，而最坏的情况是产生呈开路形式的失效互连。图2说明实际失效焊点，展示了矩形覆盖区中的中断。如前所述，由于部件之间因外观尺寸缩减而使间距长度、焊点大小和接合线粗细减小，因此连接微电子部件的常规焊点的焊料体积和表面积变得更加有限，且更容易失效。

发明内容

在实施例中，一种微电子部件包括：衬底，其表面上具有至少一个接合垫；以及焊点，其处于所述至少一个接合垫上。所述焊点包括：具有第一熔点的第一焊接材料，其与所述至少一个接合垫接触且从所述至少一个接合垫突出；以及所述第一焊接材料内的第二焊接材料，其与所述至少一个接合垫接触且从所述至少一个接合垫突出，所述第二焊接材料在环境温度下处于固态且具有低于所述第一熔点的第二熔点。

在实施例中，一种用于形成自修复焊点的过程包括：清洁衬底表面上的接合垫；在所述衬底表面上安置金属晶种材料；在所述衬底表面上涂布且图案化掩模材料以在所述掩模材料中形成孔，所述孔在所述接合垫上居中且在所述接合垫内与所述接合垫的外周间隔开；在所述接合垫上的所述孔中电镀焊接材料；以及去除所述掩模材料。所述过程还包括：在所述衬底表面上涂布且图案化另一掩模材料以使围绕所述焊接材料的所述金属晶种材料的边界暴露且从所述接合垫的外周朝内间隔开；在所述焊接材料周围和其上的暴露的金属晶种材料上电镀保护性金属材料；去除所述另一掩模材料；以及去除所述衬底表面上先前遮蔽的晶种材料。执行计量以检查所述保护性金属覆盖的焊接材料的位置和尺寸以及所述保护性金属材料涂层中的缺陷；以及附接另一不同焊接材料的焊球且使其回焊到所述保护性金属材料上和所述接合垫上。

在实施例中，一种微电子部件组件包括：第一微电子部件；第二微电子部件，其至少部分地叠置在所述第一微电子部件上；以及焊点，其延伸于所述第一微电子部件和所述第二微电子部件的经对准导电垫之间且接合到所述经对准导电垫。所述焊点包括两种不同焊接材料，包含具有第一熔点的外焊接材料和具有第二较低熔点的内焊接材料，内焊接材料在基本上环境温度下处于固态。

在实施例中，一种电子系统包括呈以下形式的微电子部件：一或多个输入装置，一或多个输出装置，一或多个信号处理器装置，一或多个存储器装置，以及至少一个衬底，所述至少一个衬底上安装至少一些前文所述装置。所述微电子部件中的至少两者之间的电连接包括焊点，所述焊点包括具有不同熔点的两种不同焊接材料，每种焊接材料在基本上环境温度下处于固态。

在实施例中，焊点包括具有第一熔点的焊接材料、覆盖所述焊接材料的表面的保护性金属材料以及在所述保护性金属材料上的另一焊接材料，所述另一焊接材料具有高于所述第一熔点且低于所述保护性金属材料的熔点的第二熔点。

在实施例中，一种修复过程包括将具有自修复焊点的微电子部件的至少一部分加热到某一温度，所述自修复焊点中的至少一者具有裂缝，所述裂缝穿过具有相对较高熔点的外焊接材料延伸到具有相对较低熔点的内焊接材料，所述温度足够高以使所述内焊接材料从固态转变到可流动状态、进入所述裂缝且与所述外焊接材料反应。

附图说明

图1A到1C是常规焊点和其在操作期间在数个热循环之后发展到失效的示意性横截面；

图2是失效焊点的显微照片，展示了矩形覆盖区中的中断；

图3A到3C是根据本公开的实施例的焊点和其在数个热循环之后发展到焊点的初始开裂、然后修复的示意性横截面；

图4是根据本公开的实施例的包括通过焊点连接到较高级别封装的衬底上经包封微电子部件的组件的示意性横截面；

图5是根据本公开的实施例的用于形成焊点的过程的流程图；

图6是根据本公开的实施例的包含微电子部件的电子系统的框图，所述微电子部件包含包括呈焊点形式的导电元件的互连件；以及

图7是根据本公开的实施例的基于处理器的系统的框图，其描绘了包含包括呈焊点形式的导电元件的互连件的额外微电子部件。

具体实施方式

描述了焊点以及用于制造此类焊点的过程、配备有此类焊点的微电子部件和包括如此配备的微电子部件的电子系统。

以下描述提供具体细节，例如大小、形状、材料成分和取向，以便提供对本公开的实施例的充分描述。然而，所属领域的技术人员应理解且了解，可在未必使用这些具体细节的情况下实践本公开的实施例，因为本公开的实施例可结合行业中使用的常规制造技术来实践。另外，下文提供的描述可能不形成用于制造焊点、配备有此类焊点的微电子部件或包含此类焊点的装置(例如微电子部件组件、电子系统等)的完整过程流。下文仅详细地描述理解本公开的实施例所必要的那些过程动作和结构。可通过常规制造过程来执行额外动作以形成如本文所描述的完整焊点、配备有此类焊点的完整微电子部件或包含焊点的完整装置(例如完整微电子部件组件、电子系统等)。

本文中呈现的图式仅出于说明性目的，且并不意图为任何特定材料、部件、结构、装置或系统的实际视图。预期图中所描绘的形状将因例如制造技术或公差而有变化。因此，本文中所描述的实施例不应被理解为限于如所说明的特定形状或区域，而是应包含例如由制造引起的形状偏差。举例来说，说明或描述为盒形的区域可能具有粗略和/或非线性特征，且说明或描述为圆形的区域可能包含一些粗略和/或线性特征。此外，所说明的表面之间的锐角可能被圆化，且反之亦然。因此，图中所说明的区域在本质上是示意性的，且其形状并不意图说明区域的精确形状且不限制本发明权利要求的范围。各图未必按比例绘制。

如本文中所使用，术语“包括”、“包含”、“含有”、“其特征在于”和其语法等同物是包含性的或开放的术语，不排除额外的未列出元件或方法动作，且还包含更具限制性的术语“由…组成”和“基本上由…组成”以及其语法等同物。如本文所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可”指示此类材料、结构、特征或方法动作预期在实施本公开的实施例时使用，且优选使用此术语而非更具限制性的术语“是”，从而避免对于应该或必须排除可与之组合使用的其它可相容材料、结构、特征和方法的任何暗示。

如本文所使用，术语“纵向”、“竖直”、“横向”和“水平”参考了其中或其上形成一或多个结构和/或特征的衬底(例如基底材料、基底结构、基底构造等)的主平面，且未必由地球引力场限定。“横向”或“水平”方向是基本上平行于衬底的主平面的方向，而“纵向”或“竖直”方向是基本上垂直于衬底的主平面的方向。衬底的主平面由与衬底的其它表面相比具有相对大的面积的衬底表面限定。

如本文所使用，空间相对术语，例如“底下”、“下”、“下部”、“底部”“上方”、“上”、“上部”、“顶部”、“前”、“后”、“左”、“右”等，可为易于描述而用于描述图中所说明的一个元件或特征与其它(多个)元件或(多个)特征的关系。除非另外指定，否则除图中所描绘的取向之外，空间相对术语意图涵盖材料的不同取向。举例来说，如果图中的材料倒置，则被描述为在其它元件或特征“上”或“上方”或“上面”或“顶部”的元件将取向为所述其它元件或特征“下”或“底下”或“下方”或“底部”。因此，术语“上”可取决于使用术语的上下文而涵盖上方和下方两种取向，这对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的。材料可能以其它方式取向(例如旋转90度、倒置、翻转)，且本文中所用的空间相对描述词相应地进行解释。

除非上下文另作明确指示，否则如本文所使用，单数形式“一”和“所述”还意图包含复数形式。

如本文所使用，术语“经配置”和“配置”是指以预定方式促进至少一个结构和至少一个装置中的一或多者的操作的所述结构和所述装置中的一或多者的大小、形状、材料成分、取向和布置。

如本文中所使用，关于给定参数、性质或条件的术语“基本上”意指并包含所属领域的技术人员将理解的给定参数、性质或条件满足变异度(例如在可接受制造公差内)的程度。举例来说，取决于基本上满足的特定参数、性质或条件，所述参数、性质或条件可至少90.0％满足、至少95.0％满足、至少99.0％满足或甚至至少99.9％满足。

如本文所使用，关于特定参数的数值的“约”或“大致”包含所述数值和所属领域的技术人员将理解的处于所述特定参数的可接受公差内的数值变异度。举例来说，关于数值的“约”或“大致”可包含额外数值，所述额外数值处于所述数值的90.0％到110.0％范围内，例如处于所述数值的95.0％到105.0％范围内，处于所述数值的97.5％到102.5％范围内，处于所述数值的99.0％到101.0％范围内，处于所述数值的99.5％到100.5％范围内，或处于所述数值的99.9％到100.1％范围内。

如本文所使用，除非另有指示，否则术语“层”和“膜”意指且包含驻留于结构上的材料层级、片材或涂层，所述层级或涂层在材料各部分之间可以是连续或不连续的，且其可为共形或非共形的。

如本文所使用，术语“衬底”意指且包含其上形成额外材料的基底材料或构造。所述衬底可以是半导体衬底、支撑结构上的基底半导体层、金属电极、其上形成一或多种材料、层、结构或区域的半导体衬底。半导体衬底上的材料可包含但不限于半导电材料、绝缘材料、导电材料等。所述衬底可以是常规硅衬底，或包括一层半导电材料的其它块状衬底。如本文所使用，术语“块状衬底”不仅意指且包含硅晶片，还意指且包含绝缘体上硅(“SOI”)衬底(如蓝宝石上硅(“SOS”)衬底和玻璃上硅(“SOG”)衬底)、基底半导体基础上的硅外延层和其它半导体或光电材料，如硅锗、锗、砷化镓、氮化镓和磷化铟。所述衬底可经掺杂或未经掺杂。术语“衬底”还意指且包含有机衬底，例如具有呈迹线形式且可见地插入电介质层(例如，树脂-玻璃编织聚合物)的多个金属层的衬底。举例来说,常规BGA封装包含有机衬底一侧上的多个裸片和包封体(例如环氧模塑料(EMC))以及另一侧上的焊球阵列。

如本文所使用，术语“包括”、“包含”、“含有”、“其特征在于”和其语法等同物是包含性的或开放的术语，不排除额外的未列出元件或方法步骤，且还包含更具限制性的术语“由…组成”和“基本上由…组成”以及其语法等同物。

如本文所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可”指示此类材料、结构、特征或方法动作预期用于实施本公开的实施例，且优选使用此术语而非更具限制性的术语“是”，从而避免对于应该或必须排除可与之组合使用的其它可相容材料、结构、特征和方法的任何暗示。

本文使用例如“第一”、“第二”等标示对元件的任何提及并不限制那些元件的数量或次序，除非明确地陈述此类限制。实际上，这些标示可在本文中用作区别两个或更多个元件或元件实例的方便方法。因此，对第一和第二元件的提及并不意味着此处仅可使用两个元件或第一元件必须以某一方式在第二元件之前。另外，除非另外说明，否则一组元件可包括一或多个元件。

结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可通过通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其经设计以执行本文所描述功能的任何组合来实施或执行。通用处理器(在本文中也可称作主机处理器或简单地称为主机)可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。包含处理器的通用计算机在所述通用计算机经配置以执行与本公开的实施例有关的计算指令(例如，软件代码)时被视为专用计算机。

可在描绘为流程图、流图、结构图或框图的过程方面描述实施例。尽管流程图可将操作动作描述为顺序过程，但许多这些动作可按另一顺序、并行地或基本上同时执行。另外，可重新布置动作的次序。过程可对应于方法、线程、函数、程序、子例程、子程序、其它结构或其组合。此外，本文公开的方法可以硬件、软件或这两者实施。如果以软件来实施，则可将功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包含促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。

如本文所使用，术语“微电子部件”意指且包含(借助于非限制性实例)：半导体裸片，通过除半导电活动之外呈现功能的裸片，微机电系统(MEMS)装置，包括多个裸片的衬底，包含常规晶片以及上文所提及的其它块状衬底，部分晶片和包含多于一个裸片位置、插入件和电路板的衬底，以及前述任一项的组件。

在本说明书中且为方便起见，相同或类似的附图标记可用于标识各附图之间共同的特征和元件。

现在参考附图的图3A到3C，在图3A中展示自修复焊点104SH在时间t＝0延伸于(微电子部件100的)UBM配备的接合垫102与包括微电子部件组件的另一微电子部件200的端子垫202之间。已通过将焊接材料M1的焊球或其它块加热到液相线状态且在存在助焊剂的情况下润湿接合垫102和端子垫202以将焊料接合到接合垫102和端子垫202而在焊接材料冷却后形成自修复焊点104SH。与先前相对于图1A到1C描述的常规焊点104不同，自修复焊点104SH包含第二不同焊接材料M2，其具有比焊接材料M1低的熔点且在基本上环境温度(即，约25℃)下处于固态但在较高温度下可转变到可流动状态。焊接材料M2在焊接材料M1的应用之前预制为接合垫102上的柱头或凸块，且至少部分地通过例如壁厚约0.1μm到约5μm的金属材料的保护涂层P包围。保护涂层P可仅围绕焊接材料M2的侧面延伸，或可覆盖其侧面和顶部。如图3B中所展示，在操作中，当微电子部件在低温与高温之间轮转时，应力裂缝C可能在接合到接合垫102的自修复焊点104SH的焊接材料M1的底部部分104B与自修复焊点104SH的焊接材料M1的焊点其余部分104R之间开始从自修复焊点104SH的外边界扩展开来，裂缝C最终穿破保护涂层P而露出焊接材料M2。在该点处且如图3C所展示，响应于暴露于高于焊接材料M2的熔点的温度，焊接材料M2将熔化且芯吸到裂缝C中，而焊接材料M1仍处于固态，且焊接材料M2可至少在与裂缝C的表面的边界处与焊接材料M1反应，以形成新的包括金属间化合物(IMC)或焊接合金(取决于M1和M2的成分)的反应产物材料，从而填充并修复裂缝C。IMC或新焊接合金可展现比M1或M2的熔融温度显著更高的熔融温度，且在任何情况下，经修复裂缝C在足够低的电阻下提供足够导电率以维持两个微电子部件100和200之间的可操作电连接以及稳固的物理连接。

本发明人已经认识到，裂缝扩展的位置对于本公开的实施例的有效性可能较重要。举例来说，焊点中的裂缝可能靠近接合垫或靠近端子垫而扩展。然而，焊点可经设计以使得裂缝在出现时将靠近焊接材料M2所在的所要接合垫或端子垫扩展。举例来说，可定制接合垫和端子垫的表面积比，选择焊球预成型件的直径，且可使用形成的焊点的类型来影响裂缝扩展位置。焊点可为阻焊定义(solder mask defined，SMD)或非阻焊定义(non-solder mask definedNSMD)的。SMD接点由小于相关联垫(例如接合垫)的阻焊开窗形成，因此焊点在外围上受周围的阻焊材料限制，而NSMD接点由大于相关联垫的阻焊开窗形成，且焊点在没有阻焊材料的外围限制的情况下接合到底层垫。

参考图4，实例微电子部件组件400包括微电子部件100，所述微电子部件呈衬底402(例如中介层)上的半导体裸片形式且使其侧面和后部包封于环氧模塑料404中，所述环氧模塑料对接衬底402的上面安装微电子部件100的表面。衬底402包含将微电子部件100连接到接合垫102(为了清楚起见仅展示一个)的至少一个导电迹线层级(未展示)。自修复焊点104SH包括焊接材料M1和焊接材料M2，后者处于接合垫102上且从所述接合垫突出，且其侧面和外端被焊接材料M1包围，所述焊接材料M1围绕焊接材料M2的外周也接触接合垫102。如所展示，保护涂层P包围焊接材料M2的未与接合垫102接触的部分。自修复焊点104SH在接合垫102与另一微电子部件406的端子垫408之间延伸且接合到所述接合垫和端子垫，所述另一微电子部件呈(例如)印刷电路板形式，端子垫通过印刷电路板中的导电路径(未展示)连接到迹线T。

在本公开的实施例的实施中，可选择合适的焊接材料M1和M2，其中焊接材料M1的熔点比焊接材料M2的熔点高。举例来说，合适的无铅焊接材料M1可包含：熔点为217℃的Sn-Ag-Cu(SAC)焊料，其包括95.5％的Sn、4.0％的Ag和0.5％的Cu(所有比例按重量计)；熔点为217℃的Sn-Ag-Cu(SAC)焊料，其包括95.5％的Sn、3.8％的Ag和0.7％的Cu；或熔点为221℃的Sn-Ag焊料，其包括96.5％的Sn和3.5％的Ag。合适的无铅焊接材料M2可包含例如：英达洛依1，其包括50％的In和50％的Sn且具有125℃的液相线点；英达洛依1E，其包括52％的In和48％的Sn，且液相线点为118℃；英达洛依290，其包括97％的In和3％的Ag，且液相线点为143℃；或英达洛依4，其包括100％的In，且液相线点为157℃。M2的其它合适的焊接材料包含(仅举例来说)：英达洛依2，其包括80％的In、15％的Pb和5％的Ag，具有154℃的液相线点；以及英达洛依204，其包括70％的In和30％的Pb，具有175℃的液相线点。用于保护涂层P的合适的金属材料包含(借助于非限制性实例)与例如Co、Zn、Cu或Fe合金化的Ni、W、Pd、Pt、Au以及Ni。

现在参考图5，描绘了用于在接合垫上形成自修复焊点的过程500，所述接合垫包括可相容金属或覆盖有包括暴露的可相容金属的UBM。在动作502中，清洁衬底表面上的接合垫且如通过溅镀在其上安置金属晶种材料，例如Ti、Ni、W、Cu或例如焊接材料M2的焊接材料。所述晶种材料可经选择以与金属材料或将在其上电镀的材料相容，且可将额外材料与主要晶种材料结合使用以增强工艺(例如，电镀助粘剂)。在动作504中，将呈光致抗蚀剂形式的掩模涂布于支承接合垫的衬底表面上且进行图案化(此术语包含后续显影)以在光致抗蚀剂中形成孔，所述孔在接合垫上居中且在接合垫内与接合垫的外周间隔开。在动作506中，在接合垫上的孔内的晶种材料上电镀合适的焊接材料M2以形成焊接材料M2的凸块，其也可被描述为柱头，之后将光致抗蚀剂移除。在动作508中，在晶种材料、接合垫和焊接材料M2的柱头上涂布呈光致抗蚀剂形式的另一掩模且进行图案化，以使晶种材料的边界在接合垫上围绕焊接材料M2的柱头暴露且从接合垫的外周朝内间隔开。在动作510中，在焊接材料M2的柱头周围和其上的暴露的晶种材料上电镀保护性金属材料。在动作512中，执行湿法剥离以去除另一掩模和任何过多电镀的材料，然后执行除渣(descum)以清除衬底表面的残留光致抗蚀剂，随后进行湿法蚀刻以去除先前被光致抗蚀剂遮蔽的晶种材料，以防止焊点之间短路。在动作514中，执行计量以检查保护性金属材料涂布的焊接材料M2的位置和尺寸以及保护涂层中的缺陷。在动作516中，可附接焊接材料M1的焊球且使其回焊到保护性地涂布的柱头上和接合垫上，以完成自修复焊点。替代地，可将焊接材料M1电镀到保护性金属材料P上。还预期在焊接材料M1被电镀而非用作焊料块且进行回焊的情况下，可免除保护材料P。

还预期可实施用于形成根据本公开的实施例的自修复焊点的其它过程。举例来说，可在一个微电子部件的导电垫上形成焊接材料M2的柱头或凸块且通过如上文所描述的保护涂层P围封所述柱头或凸块，且在可与第一微电子部件的导电垫对准的导电垫上支承焊接材料M1的焊球的第二微电子部件可叠置在第一微电子部件上，其中所述焊球接触所述柱头或凸块。焊接材料M1随后可经加热以回焊、包围柱头或凸块且接合到第一微电子部件的导电垫。此外，在一些应用中，例如叠层封装或堆叠裸片(3Di/2.5Di)，材料M2的柱头可在顶部部件或底部部件上实施，例如在底部封装上或在裸片的底部(即，背侧)上实施。在一些情况下，可能需要制造衬底，其中焊接材料M2的柱头和保护材料P在衬底端子垫上，且施加具有焊接材料M1的焊球的裸片或另一微电子部件，然后进行回焊。另外，预期待接合的第一和第二微电子部件可各自在其垫上具有焊接材料M2的柱头和保护涂层P，焊接材料M2的焊球在回焊时包围两个柱头。

还预期可使用与相对于图5所描述的过程类似的过程例如在载体衬底上独立于微电子部件而形成自修复焊点。举例来说，焊点可形成为阵列，对应于将凸起的微电子部件(例如，半导体裸片)的导电垫(例如接合垫)的阵列的图案。然而，可将金属晶种材料安置在载体衬底上的耐热粘着膜上，例如对UV敏感或对热敏感的膜上，且形成自修复焊点。随后，在膜的粘着性减弱之后，可使用配置有真空头且经配置以对应于焊点阵列或多个阵列的球拾取工具来挑取焊点阵列或多个阵列，且视具体情况，将焊点放置在晶片上的半导体裸片上或一组半导体裸片位置上。真空头可配置有非焊料可湿性表面和电阻加热器以加热所施加的自修复焊点以回焊焊接材料M1，或在释放自修复焊点后可使用热风枪进行回焊。替代地，经聚焦激光或其它能量束可跨自修复焊点阵列进行光栅扫描以进行回焊。

另外预期根据本公开的实施例的自修复焊点可如先前段落中所述地形成、从粘着膜剥离且使用例如具有与微电子部件的导电垫对准的孔的模板施加到一或多个微电子部件。为确保自修复焊点的焊接材料M2与导电垫的正确对准，可使用铁磁性Ni或Ni合金保护涂层，且在微电子部件下方施加磁场。随后，可如上所指出进行回焊。

本公开的实施例不仅可用于形成焊点和微电子部件，且还用于质保和维修。举例来说，使用具有合适的熔点的焊接材料M2，可在烧焊期间在例如125℃(DRAM烧焊的接受温度)下降低潜在的焊点失效引发的早期失效。类似地，当半导体裸片进行特征化测试时，呈现开路的裸片可选择性地局部加热以进行修复。可在冷却夹头进行此类局部加热，以在达到熔化焊接材料M2的所要温度时，防止裸片的集成电路退化。替代地，可将一组呈现开路的半导体裸片循环通过例如150℃的烘箱以进行修复。作为另一替代方案，当识别出裸片的有缺陷的焊点或接点时，可使用聚焦激光或其它能量束来个别地加热此类有缺陷焊点。

另外还预期，在使用此类自修复焊点的微电子部件或部件组件的正常操作期间，也可修复自修复焊点的实施例。例如，在严酷操作中热循环的高温端值期间，高端操作温度可超过焊接材料M2的熔点，因此自动启动自修复。此外，甚至更苛刻且在许多情况下不易接近但在操作上要求苛刻的环境，例如(举例来说)与微电子部件操作温度为150℃或更高的航空载具、军事应用、工业工厂、核反应堆和地下井筒相关联，也可得益于根据本公开的实施例的自修复焊点的使用。

包含自修复焊点结构的微电子部件可用于本公开的电子系统的实施例。举例来说，图6是根据本公开的实施例的电子系统603的框图。电子系统603可包括例如计算机或计算机硬件部件、服务器或其它联网硬件部件、蜂窝电话、数码相机、个人数字助理(PDA)、便携式媒体(例如音乐)播放器、Wi-Fi或具有蜂窝功能的平板电脑，例如

电子系统603还可包含至少一个电子信号处理器装置607(常常称为“微处理器”)。电子信号处理器装置607可包含根据本公开的实施例的自修复焊点。电子系统603还可包含用于由用户将信息输入到电子系统603的一或多个输入装置609，例如鼠标或其它指向装置、键盘、触摸垫、按钮或控制面板。电子系统603还可包含用于将信息输出(例如，视觉或音频输出)到用户的一或多个输出装置611，例如监视器、显示器、打印机、音频输出插口、扬声器等。在一些实施例中，输入装置609和输出装置611可包括既可用以将信息输入到电子系统603又可将视觉信息输出给用户的单个触摸屏装置。输入装置609和输出装置611可与存储器装置605和电子信号处理器装置607中的一或多个电连通。前述装置中的至少一些可安装到一或多个衬底，例如中介层、主板或其它电路板。

参考图7，描绘了基于处理器的系统700。基于处理器的系统700可包含根据本公开的实施例的配备有自修复焊点的各种微电子部件。基于处理器的系统700可以是例如计算机、寻呼机、蜂窝电话、个人助理、控制电路或其它电子装置等多种类型的任一个。基于处理器的系统700可包含一或多个处理器702(例如，微处理器)以控制基于处理器的系统700中的系统功能和请求的处理。根据本公开的实施例，处理器702以及基于处理器的系统700的一些或所有其它子组件可包含用于相互连接和连接到较高级别封装(例如主机板)的自修复焊点。

基于处理器的系统700可包含与处理器702可操作通信的电源704。举例来说，如果基于处理器的系统700是便携式系统，则电源704可包含燃料电池、电力净化装置、永久性电池、可替换电池以及可充电电池中的一或多个。举例来说，电源704还可包含AC适配器；因此，基于处理器的系统700可插入到壁式插座中。举例来说，电源704还可包含DC适配器，使得基于处理器的系统700可插入到车辆点烟器或车辆电源端口中。

各种其它部件可取决于基于处理器的系统700所执行的功能而耦合到处理器702。举例来说，用户界面706可耦合到处理器702。用户接口706可包含输入装置，例如按钮、开关、键盘、光笔、鼠标、和数字转换器和触控笔、触摸屏、语音辨识系统、麦克风或其组合。显示器708还可耦合到处理器702。显示器708可包含LCD显示器、SED显示器、CRT显示器、DLP显示器、等离子显示器、OLED显示器、LED显示器、三维投影、音频显示器，或其组合。此外，RF子系统/基带处理器710还可耦合到处理器702。RF子系统/基带处理器710可包含耦合到RF接收器且耦合到RF传输器(未展示)的天线。通信端口712或多于一个通信端口712也可耦合到处理器702。通信端口712可适于耦合到一或多个外围装置714，例如调制解调器、打印机、计算机、扫描仪或相机，或耦合到网路，例如局域网、远程局域网、内联网或互联网等。

处理器702可通过实施存储于存储器中的软件程序来控制基于处理器的系统700。举例来说，软件程序可包含操作系统、数据库软件、绘图软件、文字处理软件、媒体编辑软件或媒体播放软件。存储器可操作地耦合到处理器702以存储和促进各种程序的执行。举例来说，处理器702可耦合到系统存储器716，所述系统存储器可包含自旋力矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、赛道存储器(racetrack memory)中的一或多者，以及其它已知的存储器类型。系统存储器716可包含易失性存储器、非易失性存储器或其组合。系统存储器716通常较大，使得其可动态地存储加载的应用和数据。在一些实施例中，系统存储器716可包含根据本公开的实施例的配备有自修复焊点的各种微电子部件。

处理器702还可耦合到非易失性存储器718，这并非表明系统存储器716必定为易失性的。非易失性存储器718可包含STT-MRAM、MRAM、例如EPROM、电阻只读存储器(RROM)等只读存储器(ROM)以及将与系统存储器716结合使用的快闪存储器中的一或多者。非易失性存储器718的大小通常选择为仅足够存储任何必要的操作系统、应用程序和固定数据。此外，举例来说，非易失性存储器718可包含如磁盘驱动存储器的大容量存储器，例如包含电阻式存储器的混合驱动器或其它类型的非易失性固态存储器。非易失性存储器718可包含根据本公开的实施例的配备有自修复焊点的微电子部件。

如所属领域的一般技术人员应理解，与使用常规焊点的那些微电子部件组件和电子系统相比，本公开的实施例为微电子部件组件和电子系统提供了显著的优势。所述自修复焊点结构可很容易地使用现有工艺、材料和设备实施。此外，可减少在烧焊和热循环测试期间经历的早期失效。另外，微电子部件组件可在高热应力环境中展现增大的操作耐久性。归因于本公开的实施例的焊点的自修复补救性质，可实现较小部件外观尺寸伴生的减小的焊球间距、球大小和接合线粗细，而无需像在正常情况下因常规减小间距、减小大小的焊点的焊料块减小而牺牲可靠性。

在实施例中，一种微电子部件包括：衬底，其表面上具有至少一个接合垫；以及焊点，其处于所述至少一个接合垫上。所述焊点包括：具有第一熔点的第一焊接材料，其与所述至少一个接合垫接触且从所述至少一个接合垫突出；以及所述第一焊接材料内的第二焊接材料，其与所述至少一个接合垫接触且从所述至少一个接合垫突出，所述第二焊接材料在环境温度下处于固态且具有低于所述第一熔点的第二熔点。

在实施例中，一种用于形成自修复焊点的过程包括：清洁衬底表面上的接合垫；在所述衬底表面上安置金属晶种材料；在所述衬底表面上涂布且图案化掩模材料以在所述掩模材料中形成孔，所述孔在所述接合垫上居中且在所述接合垫内与所述接合垫的外周间隔开；在所述接合垫上的所述孔中电镀焊接材料；以及去除所述掩模材料。所述过程还包括：在所述衬底表面上涂布且图案化另一掩模材料以使围绕所述焊接材料的所述金属晶种材料的边界暴露且从所述接合垫的外周朝内间隔开；在所述焊接材料周围和其上的暴露的金属晶种材料上电镀保护性金属材料；去除所述另一掩模材料；以及去除所述衬底表面上先前遮蔽的晶种材料。执行计量以检查所述保护性金属覆盖的焊接材料的位置和尺寸以及所述保护性金属材料涂层中的缺陷；以及附接另一不同焊接材料的焊球且使其回焊到所述保护性金属材料上和所述接合垫上。

在实施例中，一种微电子部件组件包括：第一微电子部件；第二微电子部件，其至少部分地叠置在所述第一微电子部件上；以及焊点，其延伸于所述第一微电子部件和所述第二微电子部件的经对准导电垫之间且接合到所述经对准导电垫。所述焊点包括两种不同焊接材料，包含具有第一熔点的外焊接材料和具有第二较低熔点的内焊接材料，内焊接材料在基本上环境温度下处于固态。

在实施例中，一种电子系统包括呈以下形式的微电子部件：一或多个输入装置，一或多个输出装置，一或多个信号处理器装置，一或多个存储器装置，以及至少一个衬底，所述至少一个衬底上安装至少一些前文所述装置。所述微电子部件中的至少两者之间的电连接包括焊点，所述焊点包括具有不同熔点的两种不同焊接材料，每种焊接材料在基本上环境温度下处于固态。

在实施例中，焊点包括具有第一熔点的焊接材料、覆盖所述焊接材料的表面的保护性金属材料以及在所述保护性金属材料上的另一焊接材料，所述另一焊接材料具有高于所述第一熔点且低于所述保护性金属材料的熔点的第二熔点。

在实施例中，一种修复过程包括将具有自修复焊点的微电子部件的至少一部分加热到某一温度，所述自修复焊点中的至少一者具有裂缝，所述裂缝穿过具有相对较高熔点的外焊接材料延伸到具有相对较低熔点的内焊接材料，所述温度足够高以使所述内焊接材料从固态转变到可流动状态、进入所述裂缝且与所述外焊接材料反应。

虽然已结合图式描述了某些说明性实施例，但所属领域的一般技术人员应认识到且了解，本公开涵盖的实施例不限于在本文中明确展示和描述的那些实施例。实际上，在不脱离本公开所涵盖的实施例(如本文中所主张的那些实施例，包含法定等同物)的范围的情况下，可对本文中所描述的实施例做出多种添加、删除和修改。另外，一个公开实施例的特征可与另一公开实施例的特征组合，同时仍然处于本公开的范围内。