[發(fā)明專利]一種微米In與納米Cu@Ag核殼混合材料互連工藝

在審

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• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115410934A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉威;高陽;溫志成;王春青;張鑫月;易慶鴻;冉興旺
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/603;H01L21/48;H01L23/488;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發(fā)明公開了一種微米In與納米Cu@Ag核殼混合材料互連工藝，所述工藝包括如下步驟：步驟一：微米In與納米Cu@Ag核殼混合焊膏的制備；步驟二：基板的處理；步驟三：焊膏的涂覆/印刷；步驟四：熱壓/電磁感應(yīng)燒結(jié)。微米In與納米Cu@Ag核殼能夠相互配合，充分利用空間，降低孔隙率，能夠大幅度地降低原材料的成本，在產(chǎn)業(yè)化大批量生產(chǎn)中發(fā)揮巨大優(yōu)勢。本發(fā)明可實現(xiàn)低溫連接高溫服役，不僅降低了互連溫度和互連條件，還可有效的減少形成接頭中的孔隙和孔洞，可在低溫?zé)o壓條件下將芯片與基板互連，完成半導(dǎo)體器件的連接封裝，能夠較好的應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制造和微電子封裝、電力電子封裝等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子封裝微互連技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于低溫連接、高溫服役的微米In與納米Cu@Ag核殼混合材料互連工藝。

背景技術(shù)

隨著碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代功率半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展，其使用溫度可高達250℃到300℃，傳統(tǒng)的芯片貼裝互連材料很難滿足其高溫工作的條件，急需尋找新的替代材料。而金屬納米材料由于自身的尺寸效應(yīng)，金屬納米顆粒的熔點隨著納米顆粒尺寸的減小而降低，從而能夠在遠低于塊體熔點的溫度下燒結(jié)成型。同時，納米材料經(jīng)燒結(jié)后又能在較高溫度下長期穩(wěn)定工作，很好地滿足了“低溫?zé)Y(jié)，高溫服役”的需求，是理想的芯片互連材料。納米Ag的燒結(jié)溫度低，服役溫度高，且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、較強的抗腐蝕性和抗氧化性，但其電遷移和化學(xué)遷移現(xiàn)象嚴(yán)重，易導(dǎo)致電路發(fā)生短路失效，這會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。納米Cu極易氧化，生成的氧化物會提高燒結(jié)的溫度，也會影響焊點的導(dǎo)電導(dǎo)熱性。

為解決以上問題，有研究者制備出納米Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)。內(nèi)核Cu外殼Ag的結(jié)構(gòu)特點能夠充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，可以滿足提高銀抗遷移性、增強銅抗氧化性的要求，但納米核殼材料應(yīng)具有較大的孔隙率及存在孔洞的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有納米Cu@Ag核殼材料存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種用于低溫連接、高溫服役的微米In與納米Cu@Ag核殼混合材料互連工藝。本發(fā)明的混合互連工藝降低了接頭的孔隙率與孔洞，在保證互連材料導(dǎo)電性的前提下大大降低了互連溫度和互連條件。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種微米In與納米Cu@Ag核殼混合材料互連工藝，包括如下兩種技術(shù)方案：

技術(shù)方案一：

步驟一：微米In與納米Cu@Ag核殼混合焊膏的制備

步驟一一、稱取一定量干燥的微米In顆粒，將其倒入納米Cu@Ag核殼顆粒溶液中，超聲后離心并置于真空干燥箱內(nèi)，在-1 MPa真空條件下室溫干燥4 h；

步驟一二、將干燥后的納米Cu@Ag核殼顆粒與微米In顆?；旌戏垠w置于研缽中加入適量的有機分散劑，充分研磨使其混合均勻并研磨至膏狀，得到微米In與納米Cu@Ag核殼混合焊膏，其中：有機分散劑可以是聚乙二醇-400、乙醇、丁醇、乙二醇和丙二醇中的一種或幾種混合物，混合粉體中納米Cu@Ag核殼顆粒與微米In顆粒的質(zhì)量百分比為70~95%：5~30%，混合焊膏中的混合粉體與有機分散劑的質(zhì)量百分比為80~90%：10%~20%；

步驟二：基板的處理

步驟二一、使用丙酮去除基板表面的油污，使用稀鹽酸去除表面氧化物；

步驟二二、干燥后，將清洗干凈的基板進行打磨，進一步去除表面氧化膜；

步驟二三、將處理后的基板置于真空干燥箱中，在-1 MPa真空條件下室溫保存；

步驟三：焊膏的涂覆

步驟三一、將微米In與納米Cu@Ag核殼混合焊膏采用絲網(wǎng)印刷的方式均勻涂覆在步驟四處理后的基板上，其中：微米In與納米Cu@Ag核殼混合焊膏在基板上的涂覆厚度為50~200μm；

步驟三二、將涂覆焊膏的基板置于恒溫干燥箱中，在110~140 ℃的條件下預(yù)熱 5~30 min，除去焊膏中部分殘存的無水乙醇，避免燒結(jié)組織中形成較多的氣孔；

步驟四：熱壓燒結(jié)