[發明專利]一種納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板的燒結方法

有效

• 申請號: 201610888951.6
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN106653627B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 梅云輝;閆海東;李欣;陸國權
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/52
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板的燒結方法，包括預熱階段、干燥階段、燒結致密化階段和甲酸還氧燒結階段；其中在預熱階段和干燥階段采用非接觸熱傳導方式實現加熱板對加熱托盤的加熱，在燒結致密化階段采用接觸熱傳導方式實現加熱板對加熱托盤的加熱。利用密閉腔體中輻射、傳導和對流的熱傳導原理實現了可用于納米銀焊膏實現功率芯片與裸銅襯底或敷銅基板間燒結連接所需的溫度曲線，并利用該真空爐量化的抽真空能力得到了可用于納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板所需的貧氧燒結氣氛。本發明借助通用真空燒結/回流焊爐平臺，無需特制的燒結工藝設備，適合于電力電子領域中各種集成半導體芯片封裝模塊的產業化生產。

技術領域

本發明涉及一種納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板的燒結方法，屬于納米材料互連工藝及電子封裝制造領域。

背景技術

作為有前景的熱界面材料，納米銀焊膏特別適用于高溫功率模塊在高溫極端惡劣環境條件下的應用。因其高的導熱率(240W/m K)，高的電導率(2.6×10⁵Ω·cm^-1)，低的楊氏模量(約9～20GPa)，高的熔點(961℃)，以及高溫環境條件下優異的力學可靠性。隨著電子焊接材料無鉛化制程的不斷推進，無鉛化是必然趨勢。納米銀焊膏有望成為高鉛高溫焊料的代替材料。

銅和金銀是電子工業領域應用最為廣泛的金屬材料，目前納米銀焊膏連接鍍銀和鍍金基板的燒結工藝已趨于成熟，燒結氣氛為空氣條件。在空氣氣氛燒結條件下，納米銀焊膏利用空氣中充足的氧會將燒掉納米銀焊膏中有機物，完成納米銀顆粒致密化的同時實現與金銀鍍層的擴散連接。而然，對于納米銀連接裸銅襯底或敷銅基板而言，空氣氣氛中過多的氧將嚴重氧化裸銅襯底或敷銅基板，最終不能實現很好的擴散連接。因此開發適合納米銀連接裸銅襯底或敷銅基板間的燒結方法極其重要。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明研究開發了一種納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板的燒結方法；借助通用真空燒結/回流焊爐平臺，無需特制的燒結工藝設備，避免了襯底或基板材料表面金屬化后道處理工序，工藝簡單，適用于納米銀焊膏實現功率芯片與裸銅襯底或敷銅基板的燒結連接的批量化生產，特別適合于電力電子領域中各種集成半導體芯片模塊(例如硅基IGBT模塊和寬禁帶半導體器件模塊)的產業化生產。

本發明的技術方案如下：

一種納米銀焊膏連接裸銅襯底或敷銅基板的低溫燒結方法；包括預熱階段、干燥階段、燒結致密化階段和甲酸還氧燒結階段；其中在預熱階段和干燥階段采用非接觸熱傳導方式實現加熱板對加熱托盤的加熱，在燒結致密化階段采用接觸熱傳導方式實現加熱板對加熱托盤的加熱。

所述預熱階段，在氮氣保護氣氛下預熱貼片后的試樣，預熱溫度65-120℃，預熱時間1-30min。

所述干燥階段，將預熱好的試樣放入真空燒結/回流焊爐，溫升速率5-10℃/min，干燥溫度120-200℃，干燥時間5-30min。

所述燒結致密化階段，燒結溫度250-320℃，燒結時間5-30min，貧氧氣氛控制，兩次抽真空壓力值至5-500mbar，回填氮氣保護氣至1000mbar。

所述甲酸還氧燒結階段，抽真空至5mbar，注入甲酸至50-500mbar，回填氮氣至1000mbar，還氧溫度250-320℃，還氧時間5-30min。