[發明專利]一種快速制備電子封裝材料Cu3Sn金屬間化合物的方法

在審

• 申請號: 201710330929.4
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107096988A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 殷祚炷;孫鳳蓮;樊嘉杰;劉洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學;常州市武進區半導體照明應用技術研究院
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K13/01;B23K28/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

一種快速制備電子封裝材料Cu₃Sn金屬間化合物的方法，本發明屬于電子封裝技術領域，它要解決現有高溫功率器件中獲得Cu₃Sn金屬間化合物的耐高溫材料所需的整體加熱互連工藝復雜、連接時間長、施加壓力大的問題。制備方法：一、將Sn箔和Cu箔放入無水乙醇中進行超聲清洗；二、在清洗后的Sn箔的兩面涂抹助焊膏，將Cu箔放置在Sn箔表面，形成Cu/Sn/Cu三明治結構箔片；三、Cu/Sn/Cu結構箔片置于線圈中，在箔片的表面用重物壓上，控制加熱溫度為240℃～530℃，釬焊時間為20s～300s，持續施加0.007MPa～0.05MPa壓力進行封裝。本發明能夠實現小壓力、耐高溫的封裝連接，連接時間短。

技術領域

本發明屬于電子封裝技術領域，具體涉及一種快速制備電子封裝材料Cu₃Sn金屬間化合物的方法。

背景技術

高溫、高密度封裝是未來電子器件發展的主要方向。與傳統的Si器件相比，SiC、GaN等寬禁帶半導體功率器件具有更高的轉換效率、更大的輸出功率和更高的使用溫度，可在600℃甚至更高的溫度下使用。但是，寬禁帶半導體功率芯片的最高允許工作溫度不僅取決于半導體本身的性能，還受到封裝條件的限制。芯片與基板的耐高溫問題，接頭的可靠性問題和如何降低連接成本已經成為當前電子領域迫切需要解決的問題。

針對這些問題，最先的思路是開發出高溫釬料合金。目前的高溫釬料合金有Au-Sn釬料合金，Bi-Ag釬料合金，Zn-Al釬料合金等高溫釬料合金。Au-Sn釬料合金的可加工性不好，且成本太高，限制了它的應用。Bi-Ag釬料合金較脆性，加工性較差，導電導熱性以及可焊性均不好。Zn-Al釬料合金加工性不好，容易氧化，在Cu基板上的潤濕性比較差，這些缺點限制了該釬料合金的應用場合。因此，通過研發出高溫釬料合金來解決高溫功率器件封裝的耐高溫問題是比較困難的。

近年來國內外在新一代高溫、高功率器件封裝芯片連接方面最新的思路是發展“低溫連接/高溫服役”連接技術。為此，發展了納米Ag粉燒結技術和瞬時液相燒結(TLPS)技術。納米Ag燒結連接技術雖然能使接頭具有較高的耐熱溫度和較好的導熱、導電性能，但是從納米Ag粉燒結機理來看，為了加速燒結過程，獲得較高性能的連接接頭，需要施加較大的壓力，而過高的壓力容易造成芯片損壞。另外，Ag的價格昂貴，不利于大規模商業化應用。為了克服納米Ag燒結存在的問題，近年來發展了瞬時液相燒結(TLPS) 技術。其原理是利用低熔點金屬熔化形成液相與高熔點金屬發生反應實現連接。同時形成高熔點的連接層，從而實現功率芯片的“低溫連接/高溫服役”。但是目前通過瞬時液相燒結技術獲得耐高溫封裝材料所需的Cu₃Sn金屬間化合物的加工工藝復雜、連接時間長(幾十分鐘至幾小時以上)、焊接壓力大等特點會為器件帶來可靠性隱患。因此，如何快速、高效地制備電子封裝材料Cu₃Sn金屬間化合物，對解決電子器件耐高溫封裝問題具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對新一代高溫功率芯片尤其是SiC功率芯片的封裝技術需求，解決現有高溫功率器件中獲得Cu₃Sn金屬間化合物的耐高溫材料所需的整體加熱互連工藝復雜、連接時間長、施加壓力大的問題，而提供一種快速制備電子封裝材料Cu₃Sn金屬間化合物的方法。

本發明快速制備電子封裝材料Cu₃Sn金屬間化合物的方法按下列步驟實現：

一、將Sn箔和Cu箔放入無水乙醇中進行超聲清洗，取出后晾干，得到清洗后的Sn箔和Cu箔；

二、在清洗后的Sn箔的兩面涂抹助焊膏，然后將Cu箔放置在Sn箔表面，形成 Cu/Sn/Cu三明治結構箔片；