[發明專利]一種高頻感應焊接快速制備Cu3

在審

• 申請號: 202011107279.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112191969A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 孫鳳蓮;劉昊宇;潘振
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B23K1/002
• 分類號: B23K1/002;B23K35/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種快速制備Cu/Cu₃Sn?Cu/Cu微焊點的方法。其特征是：通過將泡沫銅作為骨架，錫作為填充材料，按一定的比例制作復合焊片，采用高頻感應焊接工藝，快速獲得Cu?SnIMC與泡沫銅組成的微焊點。通過焊接使芯片與基板之間形成可靠連接，快速獲得由Cu₃Sn與反應后剩余的泡沫銅復合而成的微焊點。向連接材料中泡沫銅可以大幅度增加接頭中Cu與Sn的有效反應面積，提升焊接效率和接頭的導電性導熱性，高頻感應焊的電磁感應產生的集膚效應作用下的固液界面反應機制有助于Cu原子在液態Sn中的溶解。在集膚效應作用下Cu?Sn金屬間化合物生長激活能降低，進一步促進IMC的生長，縮短獲得Cu?SnIMC接頭的時間，可廣泛應用于三代半導體封裝。

技術領域

本發明涉及第三代半導體功率器件封裝互連，是一種Cu/Cu₃Sn-Cu/Cu微焊點的制備方法。

背景技術

隨著功率器件向著體積減小、功率增大、性能提升的方向發展，其服役溫度與電壓也在逐漸提高。以SiC為代表的第三代半導體擁有擊穿電場強度更高、熱導率更大、電子飽和速率更高等優點，可以在更加惡劣的服役環境下展現出更加優良的性能，因此被廣泛地應用在航空航天、汽車電子、核能電子、新型能源等領域。而面對惡劣的服役環境，第三代半導體也對配套的封裝連接材料提出了更高的要求。

目前的電子封裝互連材料中，作為封裝連接材料主要有三種方式：Au-Sn釬料，納米Ag燒結和瞬時液相連接。Au-Sn釬料可作為高溫連接材料，其導熱導電性能良好，潤濕性好，但其價格昂貴，脆性大；燒結納米Ag的設備昂貴，工藝復雜，抗電遷移性能差，易導致電路發生短路，嚴重影響微電子產品的可靠性。由于Au和Ag的價格昂貴，因此，瞬時液相連接連接技術是一種較好的解決耐高溫封裝連接問題的方法。

目前用于三代半導體封裝的TLP技術以研究Cu-Sn全化合物接頭為主。Cu-Sn金屬間化合物熔點較高，焊接過程中主要會形成兩種金屬間化合物（IMC），分別為Cu₆Sn₅和Cu₃Sn，Cu₆Sn₅熔點為415℃，Cu₃Sn熔點可以達到676℃，獲得Cu-SnIMC接頭可以實現低溫連接高溫服役。Cu₃Sn比起Cu₆Sn₅具有更高的彈性模量、更高的斷裂韌性以及較低的電阻率等優點，因此要盡可能的獲得性能穩定優良的Cu₃Sn接頭。

本文選擇了泡沫銅這一種新型的金屬材料，它具有導電性導熱性強等優點，在焊接材料中添加泡沫銅可以大幅度增加接頭中Cu與Sn的有效反應面積，提升焊接效率和接頭的導電性導熱性，從而可能在較短的時間、較低的溫度下實現連接。而且全IMC接頭脆性很高，添加泡沫銅可以提升其韌性。

高頻感應焊的電磁感應產生的集膚效應作用下的固液界面反應機制有助于 Cu原子在液態Sn中的溶解。在集膚效應作用下Cu-Sn金屬間化合物生長激活能降低，促進IMC的生長，縮短獲得Cu-SnIMC接頭的時間。

本發明通過將泡沫銅作為骨架，錫作為填充材料，按一定的比例制作復合焊片，采用高頻感應焊接方法制備Cu/Cu₃Sn-Cu/Cu微焊點，快速獲得Cu₃Sn與泡沫銅組成的微焊點。

發明內容

本發明的目的是縮短獲得Cu-SnIMC接頭的時間，設計一種快速制備高溫封裝用Cu₃Sn/泡沫銅復合接頭的方法，可廣泛應用于三代半導體封裝。

本發明解決問題方案是：將泡沫銅作為骨架，錫作為填充材料，按一定的比例制作復合焊片，采用高頻感應焊接方法，快速獲得由Cu₃Sn與反應后剩余的泡沫銅復合而成的微焊點。

說明書附圖

圖1是復合焊片焊接示意圖。