[發明專利]一種三峰體系混合銀焊膏及其應用

在審

• 申請號: 201910637547.5
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110508970A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 梅云輝;李俊杰;王美玉;李欣;陸國權
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B82Y30/00;H01L23/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 琪琛<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種三峰體系混合銀焊膏及其應用，該三峰體系混合銀焊膏通過混合納米級、亞微米級、微米級三種尺寸銀顆粒，實現了在空氣中、無壓燒結條件下功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板間的高強度連接。通過本發明專利所述三峰體系混合銀焊膏，可以實現致密化燒結，同時銀顆粒填充密度的提升也有效降低了銀焊膏中所含氧氣的分壓，從而可以很好地防止鎳的氧化，實現高鍵合強度、高剪切強度的效果，通過本發明專利所述三峰體系混合銀焊膏所制得的鍍鎳基板上的功率模塊，具有強剪切強度、優異電氣性能的優點，本發明專利燒結工藝及方法簡單，通過本發明專利可實現低成本的鎳金屬代替高成本的金或銀作為基板金屬化金屬，大大降低功率模塊封裝成本。

技術領域

本發明屬于功率芯片互連及電子封裝制造領域，涉及一種三峰體系混合銀焊膏及其在功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板互連的應用。

背景技術

功率半導體器件廣泛應用于計算機、網絡通信、消費電子、工業控制、汽車電子、機車牽引、鋼鐵冶煉、大功率電源、電力系統等領域，除了保證這些設備的正常運行以外，功率器件還能起到有效的節能作用，在發展低碳經濟、節能減排、控制氣候變暖等方面不可或缺。

目前，在功率半導體封裝領域，主要通過金(Au)或銀(Ag)在DBC(Direct BondedCopper)覆銅陶瓷基板表面金屬化，之后通過燒結銀焊膏實現功率電子芯片與基板的連接，但通過金(Au)或銀(Ag)在DBC(Direct Bonded Copper)覆銅陶瓷基板表面金屬化的過程大大提高了封裝成本，因此在保證封裝模塊優異電氣性能、高剪切強度、高連接強度的前提下，開發DBC(Direct Bonded Copper)覆銅陶瓷基板低成本金屬化極其重要。

與金(Au)和銀(Ag)相比，鎳(Ni)是一種成本低的多的金屬，同時鎳(Ni)還具有低擴散速率和反應速率的特點，因此如果能采用鎳(Ni)作為基板金屬化的鍍層金屬可以降低30％以上的封裝成本，同時也能在一定程度上可以顯著提高封裝可靠性。

但是，鎳(Ni)是一種極易被氧化的金屬，對于燒結銀連接裸鎳襯底或敷鎳基板過程中，空氣氣氛中過多的氧會嚴重氧化裸鎳襯底或敷鎳基板，從而降低燒結銀與鎳的擴散連接效果，無法實現致密化燒結，同時產生的鎳的氧化物還會阻礙界面處的原子擴散，大大降低鍵合強度，因此目前針對于功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板的燒結銀連接尚無法實現高鍵合強度、高剪切強度。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種三峰體系混合銀焊膏及其應用，解決現有技術中對于功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板的燒結銀連接尚無法實現高鍵合強度、高剪切強度的問題。

本發明的技術方案如下：

一種三峰體系混合銀焊膏，主要包括體積百分比為3.5％、粒徑尺寸為62nm的納米銀顆粒，體積百分比為35.5％、粒徑尺寸為0.4μm的亞微米銀顆粒，體積百分比為61％、粒徑尺寸為2.5μm的微米銀顆粒，以及由分散劑、粘結劑和稀釋劑構成的有機溶劑-表面活性劑體系，所述有機溶劑-表面活性劑體系預先除氣處理去除其中所含氧氣，從而減少了在燒結過程中發生的氧化。

一種三峰體系混合銀焊膏在功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板互連中的應用。

采用本發明專利的三峰體系混合銀焊膏用于功率芯片與裸鎳襯底或敷鎳基板互連主要包括以下步驟：

S1用稀鹽酸溶液清洗裸鎳襯底或敷鎳基板表面，去除表面雜質及氧化物；

S2在裸鎳襯底或敷鎳基板待連接區域利用絲網印刷的方式印制一層三峰體系混合銀焊膏；

S3通過貼片機在印刷完焊膏的區域上放置功率芯片；

S4將連接好功率芯片的鍍鎳基板按照燒結工藝曲線進行燒結；

S5取燒結后的功率芯片-基板進行引線鍵合及封裝。