一种高频感应焊接快速制备Cu制造技术

本发明专利技术涉及一种快速制备Cu/Cu

【技术实现步骤摘要】
一种高频感应焊接快速制备Cu3Sn-Cu微焊点方法
本专利技术涉及第三代半导体功率器件封装互连，是一种Cu/Cu3Sn-Cu/Cu微焊点的制备方法。
技术介绍
随着功率器件向着体积减小、功率增大、性能提升的方向发展，其服役温度与电压也在逐渐提高。以SiC为代表的第三代半导体拥有击穿电场强度更高、热导率更大、电子饱和速率更高等优点，可以在更加恶劣的服役环境下展现出更加优良的性能，因此被广泛地应用在航空航天、汽车电子、核能电子、新型能源等领域。而面对恶劣的服役环境，第三代半导体也对配套的封装连接材料提出了更高的要求。目前的电子封装互连材料中，作为封装连接材料主要有三种方式：Au-Sn钎料，纳米Ag烧结和瞬时液相连接。Au-Sn钎料可作为高温连接材料，其导热导电性能良好，润湿性好，但其价格昂贵，脆性大；烧结纳米Ag的设备昂贵，工艺复杂，抗电迁移性能差，易导致电路发生短路，严重影响微电子产品的可靠性。由于Au和Ag的价格昂贵，因此，瞬时液相连接连接技术是一种较好的解决耐高温封装连接问题的方法。目前用于三代半导体封装的TLP技术以研究Cu-Sn全化合物接头为主。Cu-Sn金属间化合物熔点较高，焊接过程中主要会形成两种金属间化合物（IMC），分别为Cu6Sn5和Cu3Sn，Cu6Sn5熔点为415℃，Cu3Sn熔点可以达到676℃，获得Cu-SnIMC接头可以实现低温连接高温服役。Cu3Sn比起Cu6Sn5具有更高的弹性模量、更高的断裂韧性以及较低的电阻率等优点，因此要尽可能的获得性能稳定优良的Cu3Sn接头。<br>本文选择了泡沫铜这一种新型的金属材料，它具有导电性导热性强等优点，在焊接材料中添加泡沫铜可以大幅度增加接头中Cu与Sn的有效反应面积，提升焊接效率和接头的导电性导热性，从而可能在较短的时间、较低的温度下实现连接。而且全IMC接头脆性很高，添加泡沫铜可以提升其韧性。高频感应焊的电磁感应产生的集肤效应作用下的固液界面反应机制有助于Cu原子在液态Sn中的溶解。在集肤效应作用下Cu-Sn金属间化合物生长激活能降低，促进IMC的生长，缩短获得Cu-SnIMC接头的时间。本专利技术通过将泡沫铜作为骨架，锡作为填充材料，按一定的比例制作复合焊片，采用高频感应焊接方法制备Cu/Cu3Sn-Cu/Cu微焊点，快速获得Cu3Sn与泡沫铜组成的微焊点。
技术实现思路
本专利技术的目的是缩短获得Cu-SnIMC接头的时间，设计一种快速制备高温封装用Cu3Sn/泡沫铜复合接头的方法，可广泛应用于三代半导体封装。本专利技术解决问题方案是：将泡沫铜作为骨架，锡作为填充材料，按一定的比例制作复合焊片，采用高频感应焊接方法，快速获得由Cu3Sn与反应后剩余的泡沫铜复合而成的微焊点。说明书附图图1是复合焊片焊接示意图。具体实施方式下面结合附图和具体事例对本专利技术做进一步详细说明，但是本专利技术的内容不局限于实施例。采用高频感应焊快速制备Cu/Cu3Sn-Cu/Cu微焊点的方法，具体包括以下步骤：（1）清洗泡沫铜和锡：将泡沫铜（110ppi）浸泡于浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗3min，用于去除表面氧化物；之后将上述泡沫铜和锡浸泡于酒精中，超声清洗3min，风干备用。（2）将步骤（1）获得的固态锡放入坩埚中，在温度为360℃恒温加热平台上加热熔化；（3）使用双辊冷压机将步骤（1）获得泡沫铜从厚度为1mm压缩至0.2mm；（4）将（3）获得压缩后的泡沫铜的一面涂抹助焊剂后浸入步骤（2）获得液态锡中10s，获得复合焊片，获得的复合结构焊片使用热压机在360℃、600MPa下压缩至100μm厚，剪切成2mm×2mm的焊片；（5）将（4）获得的焊片两侧涂抹助焊剂，复合焊片和芯片和DBC基板组装成三明治结构，采用高频感应焊在焊接电流为400A，焊接温度为360℃，焊接压力为1MPa的条件下将芯片与DBC基板用所制备的复合焊片进行焊接。如图1所示。在焊接过程中焊接电流带来的热量会使焊缝持续提升温度直到在同一段时间内焊缝中吸收与放出的热量相同，为了控制焊缝温度，本专利技术使用继电器来操控焊接温度。如果焊缝温度达到预定的焊接温度，继电器会使高频感应焊机断掉焊接电流使焊缝温度降低，在温度低于焊接温度后，继电器操控高频感应焊机恢复焊接电流，使焊缝保持在预定的焊接温度。在焊接结束后，将试样取出，置于空气中自然冷却。（6）将步骤（5）中样品进行打磨抛光，利用显微镜观察焊后的微观组织,。以上结合附图对本专利技术作了详细说明，但这些说明不能被理解为限制了本专利技术的范围，本专利技术的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本专利技术权利要求基础上的改动都是本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温封装用Cu/Cu

【技术特征摘要】
1.一种高温封装用Cu/Cu3Sn-Cu/Cu微焊点的制备方法，其特征在于：
采用高频感应焊接方法制备Cu/Cu3Sn-Cu/Cu微焊点；
采用高频感应焊接方法制备Cu/Cu3Sn-Cu/Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凤莲，刘昊宇，潘振，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23