一种烧结银预成型片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种烧结银预成型片及其制备方法，该制备方法包括：将烧结银浆料涂在基板上成膜，并进行烘烤，得到银膜；对银箔进行超低温塑性变形处理，获得具有梯度晶粒结构的银箔，所述超低温塑性变形处理的温度为

【技术实现步骤摘要】
一种烧结银预成型片及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子封装
，尤其涉及一种烧结银预成型片及其制备方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体，如SiC和GaN等材料的兴起与应用，大幅度提高了功率器件的工作频率、电流密度和服役温度。目前传统的导电胶固化技术和钎料钎焊技术无法满足功率器件的散热与机械可靠性需求。而烧结银材料因其具有高导热、高导电、高机械可靠性的特点而被视作最具前景的功率器件封装材料。基于烧结银材料的低温烧结技术目前已经逐渐开始应用于第三代半导体功率器件中，常规的方法是将烧结银焊膏涂覆在基板上，置于鼓风干燥箱中进行加热，使得有机溶剂大量挥发，将芯片贴片于银膏上，进行热压烧结工艺；或者将烧结银焊膏涂覆在基板上，将芯片贴片于银膏上，进行无压烧结工艺。
[0003]然而上述方法因为烧结银组织晶粒细小且伴随不可避免的大量微纳米尺寸的烧结孔洞，获得的烧结银焊点均为纳米级晶粒和大量烧结孔洞构成，使得烧结银组织的导热系数远低于块体银，无法完全发挥银的优良导热性能。此外，烧结孔洞还会导致组织韧性较差，在功率器件服役过程中易发生裂纹生长、断裂、孔洞聚集等可靠性问题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术公开了一种烧结银预成型片及其制备方法，以解决上述技术问题之一。
[0005]对此，本专利技术采用的技术方案为：一种烧结银预成型片的制备方法，包括：步骤S1，将烧结银浆料涂在基板上成膜，并进行烘烤，得到银膜；步骤S2，对银箔进行超低温塑性变形处理，获得具有梯度晶粒结构的银箔，所述超低温塑性变形处理的温度为
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200 ℃~
ꢀ‑
100 ℃；步骤S3，将经过步骤S2处理后的银箔置于步骤S1烘烤后的银膜上，进行热压烧结，使得银箔的表面覆盖烧结银膜层；重复该步骤，在银箔的另一面覆盖烧结银膜层，获得烧结银预成型片。
[0006]采用此技术方案，通过对银箔进行超低温塑性变形处理，使其表面形成梯度晶粒结构，在其与银膜热压烧结后的得到的预成型片，兼具了银箔的可加工性、热导率和纳米银的高强度，在预成型片的厚度方向上可以实现晶粒尺寸呈梯度分布的特性，使得预成型片具备高强度、强韧性、加工性好、高导热的特点，这是现有技术所无法实现的效果。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述烧结银浆料包含的组分及其质量百分比为：银颗粒50
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80wt%、分散剂0.5
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2wt%、粘结剂1
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3wt%、触变剂0.1
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0.5wt%、表面活性剂0.1
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0.3wt%和有机溶剂15
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45wt%。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述银颗粒的粒径为20
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100 nm，所述银颗粒的形貌为球状、片状、立方状或棒状。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂为十二烷基磺酸钠、辛胺、壬胺中的至少一种，所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸树脂、柔性环氧树脂中的至少一种，所述触变剂为有机膨润土、气相二氧化硅、羟乙基纤维素的至少一种，所述表面活性剂为卵磷脂、硬脂酸钠、司班中的至少一种，所述有机溶剂为乙二醇、聚乙二醇、三乙二醇、乙醇中的一种或几种配制的混合溶剂。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述银膜的厚度为10~50μm。进一步优选的，所述银膜的厚度为10~30μm。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述烘烤的温度为100
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200℃，时间为20
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120 min。进一步优选的，所述烘烤的温度为100
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180℃，时间为20
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120 min。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述银箔的厚度为50
‑
150μm，处理后得到的梯度晶粒，所述银箔的表面为纳米晶，内部为微米晶，所述微米晶的尺寸为1
‑
5μm。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述银箔的纯度≥99.99%。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述超低温塑性变形的方法为采用直径为1
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5mm的不锈钢球作为研磨球，对银箔的表面进行机械研磨，研磨频率为10
‑
30kHz。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，热压烧结的温度为150
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200℃，压力为1
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10 MPa，时间为5
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20 min。
[0016]本专利技术还公开了一种烧结银预成型片，其采用如上任意一项所述的烧结银预成型片的制备方法制备得到。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的技术方案，采用烧结银浆料制备银膜，作为焊接层，提升了预成型片的界面焊接性能；采用对银箔进行处理，使其具有纳
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微米晶的梯度结构（表面为纳米晶，内部为微米晶），表面的纳米晶提高了表面原子迁移活性，有利于在热压过程中发生与烧结银膜之间的原子扩散与冶金连接，提升与银膜间的界面结合强度；在变形过程中，银箔内部的微米晶通过塑性变形吸收应变能，银箔表面的纳米晶可以通过细晶强化作为保持银箔的高机械强度，因此该结构可以同步提升成型片的强度和延展性，增加烧结银组织的韧性与机械可靠性；引入银箔，还提升了成型片整体的热导率。另外，相较于烧结银膏，本专利技术技术方案的预成型片在焊接过程中挥发性少、无有机物残留，适合大面积器件焊接。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1的银箔的表面微观结构示意图。
[0019]图2是本专利技术实施例1的银箔经过超低温表面机械研磨后的微观结构示意图。
[0020]图3是本专利技术实施例1的银箔与银膜热压烧结后的微观结构示意图。
具体实施方式
[0021]下面对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0022]一种高强度高导热烧结银预成型片的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将烧结银浆料通过旋涂、流延或丝网印刷等方式涂覆于玻璃或陶瓷基板上成膜，置于烘箱中烘烤，得到银膜；烘烤温度为100
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180 ℃，时间为20
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120 min；银膜厚度为10
‑
50 μm。
[0023]步骤S2，对银箔进行超低温塑性变形处理，获得具有梯度晶粒结构的银箔；其中，银箔纯度≥99.99%，厚度为50
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150 μm，所述银箔的表面为纳米晶，内部为微米晶，微米晶尺寸为1
‑
5 μm。超低温的温度为
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200 ℃~
ꢀ‑
100 ℃；塑性变形方法为表面机械研磨，采用直径为1
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5mm的不锈钢球作为研磨球，研磨频率为10
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30kHz。
[0024]步骤S3，将处理后的银箔置于烘烤后的银膜上，置于热压机中进行热压烧结，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烧结银预成型片的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，将烧结银浆料涂在基板上成膜，并进行烘烤，得到银膜；步骤S2，对银箔进行超低温塑性变形处理，获得具有梯度晶粒结构的银箔，所述超低温塑性变形处理的温度为
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200 ℃~
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100 ℃；步骤S3，将经过步骤S2处理后的银箔置于步骤S1烘烤后的银膜上，进行热压烧结，使得银箔的表面覆盖烧结银膜层；重复该步骤，在银箔的另一面覆盖烧结银膜层，获得烧结银预成型片。2.根据权利要求1所述的烧结银预成型片的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述烧结银浆料包含的组分及其质量百分比为：银颗粒50
‑
80wt%、分散剂0.5
‑
2wt%、粘结剂1
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3wt%、触变剂0.1
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0.5wt%、表面活性剂0.1
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0.3wt%和有机溶剂15
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45wt%。3.根据权利要求2所述的烧结银预成型片的制备方法，其特征在于：所述银颗粒的粒径为20
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100 nm，所述银颗粒的形貌为球状、片状、立方状或棒状。4.根据权利要求3所述的烧结银预成型片的制备方法，其特征在于：所述分散剂为十二烷基磺酸钠、辛胺、壬胺中的至少一种，所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸树脂、柔性环氧树脂中的至少一种，所述触变剂为有机膨润土、气相二氧化硅、羟乙基纤维素的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨敏，孙树福，
申请(专利权)人：深圳芯源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：