[發明專利]一種用于半導體封裝的固晶材料制備方法及芯片封裝方式

在審

• 申請號: 202110396533.6
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113299570A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 張凱;鄧邵佳;鐘岸輝;張鑫;賀孝武;信世瀚;劉新路
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/488;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 劉羽波

本發明公開了一種用于半導體封裝的固晶材料制備方法包括以下步驟：步驟A、將石墨烯進行氧等離子處理，得到具有含氧官能團的石墨烯PTG；步驟B、配制PTG與醋酸銅的混合溶液，得到混合溶液A；步驟C、將混合溶液A加熱得到干燥混合物B；步驟D、將干燥混合物B放入真空退火爐內，并加熱分解得到PTG/銅納米顆粒；步驟E、將PTG/銅納米顆粒添加到納米銅粉和有機溶劑中，得到混合物C；步驟F、將混合物C放入燒結爐內燒結得到固晶材料。本申請的固晶材料在封裝前預先通過高溫使石墨烯與銅之間形成化學鍵，在與芯片和基板封裝時，只需使混合物C與芯片和基板發生冶金結合即可，滿足了第三代半導體封裝對固晶材料高熱導率、低溫封裝、高溫服役的要求。

技術領域

本發明涉及半導體封裝材料技術領域，特別是一種用于半導體封裝的固晶材料制備方法及芯片封裝方式。

背景技術

以GaN、SiC等寬禁帶半導體材料為基礎的第三代半導體技術，是新型半導體照明、射頻微波器件、智能和高功率密度電力電子器件的“核芯”，可廣泛用于節能照明、第五代移動通信、電動汽車、智能電網、軌道交通、新能源、智能制造、雷達探測等諸多行業，是當今消費類電子、工業控制和國防裝備等領域的關鍵技術之一。第三代半導體技術的突破將引發科技變革，并重塑國際半導體產業格局，在經濟和軍事領域具有廣闊和特殊的應用前景，具有極強的前瞻性和戰略意義。

而目前固晶材料是第三代半導體應用于高溫大功率器件、發揮其優勢的瓶頸之一，亟需開發具有高導熱性能、能夠實現低溫封裝高溫服役的新型固晶材料。目前一般采用合金焊料或燒結納米銀材料。但是，合金焊料因服役溫度須低于其熔點而限制了在250～300℃以上高溫服役。燒結納米銀因價格昂貴且有電遷移等問題，近年有被納米銅替代的趨勢。然而納米銅因極易氧化而使燒結后的熱、機、電性能較差，石墨烯可用于解決這一問題。目前，雖然有專家研究利用石墨烯提高了金屬復合材料的熱學和機械性能，但是其結合時的封裝燒結溫度過高，無法滿足半導體低溫封裝的需要，其中半導體的低溫封裝溫度小于300℃。如何設計構建適合低溫封裝、高溫服役的高導熱材料及相應的半導體封裝方法是第三代半導體亟待解決的關鍵問題。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提出一種用于半導體封裝的固晶材料制備方法及芯片封裝方式。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于半導體封裝的固晶材料制備方法，包括以下步驟：

步驟A、將石墨烯進行氧等離子處理，得到氧等離子體處理石墨烯，其中所述氧等離子體處理石墨烯具有含氧官能團；

步驟B、配制氧等離子體處理石墨烯與醋酸銅的混合溶液，得到混合溶液A；

步驟C、將混合溶液A加熱并攪拌至干燥，得到干燥混合物B；

步驟D、將干燥混合物B放入真空退火爐內，并在氬氫混合氣氛下加熱分解，得到PTG/銅納米顆粒，其中PTG代表具有含氧官能團的氧等離子體處理石墨烯；

步驟E、將PTG/銅納米顆粒添加到納米銅粉及有機溶劑中，并混合均勻，得到混合物C；

步驟F、將混合物C放入燒結爐內，在氬氫混合氣體的氛圍下燒結，得到固晶材料。

在一個實施例中，所述固晶材料中的PTG含量為0.01wt％～1wt％。

優選的，所述固晶材料中的PTG含量為0.1wt％。

在一個實施例中，所述D的具體步驟如下：

步驟D1：以5℃每分鐘的加熱速率將所述干燥混合物B加熱至400℃～550℃；

步驟D2：所述干燥混合物B在400℃～550℃的環境下保溫0.5～3小時；

步驟D3：冷卻得到PTG/銅納米顆粒。