一种基于反应性膜的互连方法技术

本发明专利技术提供了一种基于反应性膜的互连方法，包括：S1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；S2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；S3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；S3：冷却所述反应性膜；S4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；S5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。本发明专利技术通过改变反应前驱体、刻蚀剂，还原剂的质量比，调控加热温度和时间，获得的多种纳米金属形貌，在较低烧结温度下更好地实现无压烧结。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反应性膜的互连方法
本专利技术半导体互连材料工艺
，具体涉及一种基于反应性膜的互连方法。
技术介绍
作为电子产品组装过程中不可或缺的组成部分，焊接可以将器件的各部分功能有效连接，而随着高功率、高密度和集成化成为电子技术发展的未来趋势，对于大功率器件的封装也提出了更高、更全面的可靠性需求。金属银是一种很有前途的电子组装材料，因为银具有很高热导率(429W/(m·K))和极佳的电性能(63MS/m)，使得它可以满足高功率密度系统的散热要求；而且银具有良好的抗蠕变和耐腐蚀性能，在电子封装互连过程中可以避免重熔现象的发生。尽管块体银的熔点比较高(961℃)，但纳米银烧结技术为银的低温烧结、高温服役提供了解决方案。由于纳米尺寸效应，纳米银颗粒的熔点和烧结温度远低于块体银，表面熔化的纳米银颗粒通过液相毛细力的作用彼此润湿和扩散，最终结合成具有与块体银相似熔点的烧结体。因此，纳米银颗粒可以在大功率器件封装中作为合金焊料的替代材料。目前，纳米银颗粒在功率半导体封装中的应用主要有2种模式：一种是直接将纳米银焊膏印刷在需要连接的基板上，然后将芯片放上去进行无压/有压烧结连接；另一种是先把纳米银焊膏涂覆在较大的芯片上，等干燥后将已涂覆焊膏的芯片切割成所需大小，然后再将芯片和基板粘接起来进行压力烧结。这2种应用模式本质上使用的都是纳米银的膏状形态，而不是预成形为片状。纳米银膜作为一种无铅的预成形焊接薄膜，它不但克服了传统合金焊料导热性差以及不能在极端条件下工作的缺陷，还同时具有纳米银焊膏所不具备的存储和使用方便性，尤其适用于电子封装领域中作为IGBT功率型芯片互连的新型焊接材料。
技术实现思路
针对上述本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于反应性膜的互连方法，包括：S1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；S2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；S3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；S3：冷却所述反应性膜；S4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；S5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。优选的，控制所述反应前驱体、所述刻蚀剂、所述还原剂的质量比，及，所述加热的温度，获得不同质量比的纳米金属颗粒，纳米颗粒线，和/或纳米金属片。优选的，所述S1中，混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂还包括：超声、振荡所述单相反应性溶液。优选的，所述S2中，所述涂布为流延、丝网印刷、狭缝挤出的一种或多种的组合；加热所述单相反应性膜包括：在所述单相反应性膜上盖放培养皿。优选的，所述S2中，加热条件为：温度区间为50℃～170℃，加热时间区间为30min～24h。优选的，所述S5中，烧结的气氛为空气、氮气、氩气、氢氩混合气以及氢氮混合气，烧结温度区间在室温到250℃之间，烧结时间在20-200min之间。优选的，所述反应前驱体为硝酸银、氯化银、醋酸银、氧化银、硫酸银、四氟硼酸银、六氟锑酸银，硝酸铜、氯化铜、醋酸铜、氧化铜、硫酸铜、四氟硼酸铜、六氟锑酸铜中的一种或多种的组合。优选的，所述刻蚀剂为氯化钠、氯化铁、氯化铜、氯化亚铁、氯化亚铜中的一种或多种的组合。优选的，所述还原剂为柠檬酸钠、抗坏血酸、二甲基亚砜、吡啶、聚乙二醇、乙二醇、肼、EDTA、硼氢化钠、甲醛中的一种或多种的组合。优选的，所述包被剂为柠檬酸钠、SDBS、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、CTAB、SDS中的一种或多种的组合；所述溶剂为水、乙二醇、丙三醇、DMF、乙醇、异丙醇中的一种或多种的组合。本专利技术通过改变反应前驱体、刻蚀剂，还原剂的质量比，调控加热温度和时间，获得的多种纳米金属形貌，包括纳米金属颗粒、纳米金属线、纳米金属片；此外，本专利技术在柔性衬底表面原位形成多种维度的纳米金属材料，基于纳米金属材料的形状效应，可在较低烧结温度下更好地实现无压烧结，广泛应用于柔性电子封装、热敏有机柔性衬底、传感无铅微电路等多个新兴的微电子互连领域。附图说明图1a为实施例1提供的形成的反应性纳米银膜实物图；图1b为实施例1提供的形成的反应性纳米银膜表面SEM形貌图；图2为实施例1-4提供的反应性膜互连工艺流程示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护范围。实施例1本实施例提供一种反应性纳米银膜的互连方法，如图1a、图1b，图2所示。1.制备单相反应性纳米银浆液。乙二醇溶剂中分别加入氯化银、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铁，其中氯化银和聚乙烯吡咯烷酮摩尔比为70∶1，所述氯化银和所述氯化铁的摩尔比为1000∶1，搅拌60min后超声振荡10min得到分散均匀的单相反应性纳米银浆液。2.将单相反应性纳米银浆液涂布至柔性衬底，加热。将上述单相反应性纳米银浆液用线棒涂布的工艺涂布于耐高温PET上，涂布液表面盖上培养皿，130℃加热2h，获得加反应性纳米银膜，所得到的反应性纳米银膜微结构电子显微镜扫描图如图1a所示。3.冷却反应性纳米银膜至室温。4.获得整体器件预制件。5在反应性纳米银膜表面覆盖芯片，得到整体器件预制件。6.加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。氮气氛围下220℃烧结5min。功率半导体互连器件的剪切力为30Mpa。实施例2本实施例提供一种反应性纳米银膜的互连方法，如图2所示。1.制备单相反应性纳米银浆液。丙三醇溶剂中分别加入硝酸银、氯化铁、聚乙烯吡咯烷酮、氯化钠，其中硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮摩尔比为30∶1，所述硝酸银与氯化铁的摩尔比为30000∶1；搅拌60min后超声振荡10min得到分散均匀的单相反应性纳米银浆液。2.将单相反应性纳米银浆液涂布至柔性衬底，加热。将上述单相反应性纳米银浆液用线棒涂布的工艺涂布于耐高温PET上，在印刷有单相反应性纳米银浆液的柔性衬底区域上盖上培养皿，180℃加热2h，获得反应性纳米银膜。3.冷却反应性纳米银膜至室温。4.获得整体器件预制件。5.在反应性纳米银膜表面覆盖芯片，得到整体器件预制件。6.加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。氮气氛围下220℃烧结5min。功率半导体互连器件的剪切力为23Mpa。实施例3本实施例提供一种反应性纳米银膜的互连方法，如图2所示。1.制备单相反应性纳米银浆液。乙二醇溶剂中分别加入醋酸银、氯化铜、聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇，其中醋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反应性膜的互连方法，其特征在于，包括：/nS1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；/nS2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；/nS3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；/n所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；/nS3：冷却所述反应性膜；/nS4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；/nS5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反应性膜的互连方法，其特征在于，包括：
S1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；
S2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；
S3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；
所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；
S3：冷却所述反应性膜；
S4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；
S5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。


2.根据权利要求1所述基于反应性膜的互连方法，其特征在于，控制所述反应前驱体、所述刻蚀剂、所述还原剂的质量比，及，所述加热的温度，获得不同质量比的纳米金属颗粒，纳米颗粒线，和/或纳米金属片。


3.根据权利要求1所述基于反应性膜的互连方法，其特征在于，所述S1中，混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂还包括：超声、振荡所述单相反应性溶液。


4.根据权利要求1所述基于反应性膜的互连方法，其特征在于，所述S2中，所述涂布为流延、丝网印刷、狭缝挤出的一种或多种的组合；加热所述单相反应性膜包括：在所述单相反应性膜上盖放培养皿。


5.根据权利要求1所述基于反应性膜的互连方法，其特征在于，所述S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏浩，张卫红，叶怀宇，张国旗，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44