[發明專利]一種固晶材料及其封裝結構

有效

• 申請號: 202010104081.5
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111415914B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 崔成強;楊斌;葉懷宇;張國旗
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/52;H01L23/538;B82Y30/00
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發明公開一種固晶材料及封裝結構，所述固晶材料包括納米金屬膏薄膜、散熱層，所述納米金屬膏薄膜均勻覆蓋于散熱層的上下兩表面的至少一表面；所述散熱層為多層石墨烯結構，所述納米金屬膏薄膜包括納米金屬顆粒、抗氧化劑、助焊劑、穩定劑、活性劑；所述納米金屬顆粒含量為50.0wt.％?95.0wt.％、抗氧化劑含量為5.0wt.％–40.0wt.％wt.％，助焊劑、穩定劑和活性劑總量≤5.0wt.％。本發明具有高散熱、厚度均勻的特點，在不影響半導體封裝互連模塊電氣性能前提下，實現低溫條件下固晶、互連，且可滿足小間距、大功率、高溫高壓等條件下的使用，可廣泛應用于電力電子、IGBT封裝、光電子封裝、MEMS封裝、微電子、大功率LED封裝等領域。

技術領域

本發明屬于第三代半導體封裝技術領域，具體涉及一種固晶材料及其封裝結構。

背景技術

電子互連材料及互連基板是半導體器件制造和微電子封裝、電力電子封裝微器件各模塊連接組件間的樞紐，作為現代電子工業的代表性固晶、互連基板，傳統互連基板多使用的是在板材表面電鍍銅而成。然而近年來，微電子系統向高功率、高密度集成、小型化以及多功能化等方向發展，而其制作成本也要求不斷降低，這對電子封裝互連用基板在性能和熱管理等方面提出了更高的要求，如實現耐高溫互連(大于200℃)或者多級封裝需要前級互連兼具低溫連接以及耐高溫特性等，高的互連溫度對微電子產品的可靠性具有極大的負面影響，由于固體銅的熔點在1000℃以上，大部分元器件材料在此條件下都會造成熱失效，如何在不影響其他材料性能條件下實現固晶和互連互通，是推進相關研究的主要思路和方向。

發明內容

針對當前固晶材料存在的不足，本發明提出一種高散熱固晶材料，包括納米金屬膏薄膜、散熱層，所述納米金屬膏薄膜均勻覆蓋于散熱層的上下兩表面的至少一表面；所述散熱層為石墨烯結構，所述納米金屬膏薄膜包括M@Cu核殼納米金屬顆粒、抗氧化劑、助焊劑、穩定劑、活性劑；所述M@Cu核殼納米金屬顆粒含量為50.0wt-95.0wt.％、抗氧化劑含量為5.0wt–40wt.％，助焊劑、穩定劑和活性劑總量≤5.0wt.％。

優選的，所述石墨烯結構選自單層石墨烯、多層石墨烯或單層石墨烯和多層石墨烯混合形成的石墨烯膏。

優選的，所述石墨烯結構由多層石墨烯組成。

優選的，所述多層石墨烯由單層石墨烯水平疊置組成。

優選的，所述多層石墨烯由多個單層的多孔三維石墨烯片組成。

優選的，所述多層石墨烯厚度為20μm-50μm。

優選的，所述三維石墨烯片厚度為0.1μm-10μm。

優選的，所述納米金屬膏包括M@Cu核殼納米金屬膏；所述M@Cu核殼納米金屬膏為以金屬銅為核層、金屬M為殼層所結合而成的核殼成分；所述金屬M包括Au、Ag、Ni。

優選的，所述納米金屬膏薄膜厚度為100μm-500μm。

優選的，所述抗氧化劑為聚乙烯吡咯烷酮、油酸、油胺、乙醇胺、三乙醇胺、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、苯并咪唑的一種或幾種。

優選的，所述助焊劑為乳酸及其衍生物、檸檬酸及其衍生物、非活性化松香及其衍生物或活性化松香及其衍生物的一種或幾種。

優選的，所述穩定劑為咪唑類化合物及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、有機烯類聚合物、有機烯與有機醇、有機酮、有機酸、銨類合成的聚合物、十六烷基溴化銨CTAB、十二烷基苯磺酸鈉SDBS、十二烷基硫酸鈉SDS、聚乙二醇及含羥基、羧基類有機聚合物中的一種或幾種。

基于同樣的發明構思，本發明還提供一種由包含上述固晶材料的封裝結構，由下至上依次包括封裝載板、固晶材料、第三代半導體芯片；所述封裝結構的互連形式采用球柵陣列或壓焊。