液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板制造技术

本发明专利技术提供了一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板，属于电子电力器件的技术领域，解决了现有技术应用过程复杂的技术问题，降低了工业成本。该工艺包括：采用钢网印刷控制厚度的方式，利用刮刀将80

【技术实现步骤摘要】
液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板


[0001]本专利技术涉及电子电力器件
，尤其是涉及一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板。

技术介绍

[0002]随着电子电力技术的进步，以SiC、GaN为代表的第三代半导体器件朝着高功率密度、高集成度的方向不断发展。互连层作为功率模块热量传输的关键通道，对实现功率模块高温可靠应用具有重要影响。对于高温大功率电子电力封装系统中，散热是决定整个系统工作效率和可靠性的关键问题。热界面材料能够有效填补基板和冷却装置（散热底板、热沉等）接触面的空气间隙，确保有效的传热路径，起到连接和辅助散热的作用。传统的热界面材料，如润滑脂、凝胶和相变材料，由于其在散热和长期可靠性方面的瓶颈，在高温大功率电子封装中受到限制。
[0003]纳米银焊膏作为一种新型绿色的热界面材料，具有优异的性能，受到各方的青睐。利用一种新型界面互连技术——烧结银技术，通过纳米/微米银颗粒的低温烧结，在芯片和绝缘基板（芯片级别，小面积）、基板和散热装置（基板级别，大面积）之间具有稳定的电气和机械互连，可以实现低于300℃温度下烧结，烧结后理论应用温度高达961℃，热阻低于2mm2*K/W，导热能力为传统热界面材料的3
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5倍，不仅在芯片级别小面积互连领域已经商业化，在基板级别大面积互连领域也同样具有广阔的应用前景。
[0004]针对基板级别大面积（>1000mm2）烧结银互连技术，需要在一定压力辅助下实现界面有效接触和可靠烧结已经成为行业共识，为了形成可靠的粘接，大面积焊接一般要求20
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40MPa的高压.而高压烧结可能导致功率模块基板翘曲、变形、甚至断裂，进而使器件的成品率降低、成本显著升高。高压是限制基板级别大面积烧结银技术广泛应用的瓶颈。
[0005]针对如何降低大面积烧结压力这一关键问题，目前试图通过优化粘接工艺和改进银膏来降低压力，在引入了双层印刷和快速干燥方法之后，将压力降低到1.8MPa。虽然保证了焊膏和基板界面接触较好，但烧结曲线对焊膏厚度、粘接面积等因素普适性一般，需要根据实际要求来调整烧结曲线，使之应用过程复杂化，工业成本较高，不利于大规模生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板，解决了现有技术应用过程复杂的技术问题，降低了工业成本。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺，包括以下步骤：
[0008]采用钢网印刷控制厚度的方式，利用刮刀将80
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120μm厚的纳米银焊膏均匀预涂覆在基板表面，然后在120℃下干燥30min；
[0009]在另一块基板上均匀形成定量的液态分散剂；
[0010]将另一块基板对接在涂有纳米银焊膏的基板上；
[0011]将对接好的两块基板放在预热好的热压机上，以5℃/min的升温速率从T1℃升温至275℃后，在275℃和P1MPa下保温50min后冷却至室温，最终制得烧结连接试样。
[0012]进一步的，所述纳米银焊膏中的纳米银颗粒或微米银片的总质量分数为85.3%。
[0013]进一步的，所述基板为纯度为99.9%的铜基体，电镀4μm的银层和0.4μm的镍层。
[0014]进一步的，所述液态分散剂包括α松油醇、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮。
[0015]进一步的，在干燥的焊膏层上均匀形成定量的液态分散剂的步骤，包括：
[0016]利用喷涂或者印刷工艺，在另一块基板上均匀形成定量的液态分散剂，将另一块基板对接涂有纳米银焊膏的基板上。
[0017]进一步的，所述液态分散剂为α松油醇，且α松油醇的用量为0.5mg/cm2。
[0018]进一步的，T1为15～25，P1为2.0。
[0019]第二方面，本专利技术还提供一种烧结基板，包括：
[0020]第一基板；
[0021]形成于第一基板上的纳米银焊膏，纳米银焊膏的厚度为80
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120μm；
[0022]形成于第二基板上的液态分散剂层；
[0023]与纳米银焊膏烧结的第二基板；
[0024]其中，第一基板与第二基板以5℃/min的升温速率从15～25℃升温至275℃后，在275℃和2.0MPa下保温50min后冷却至室温烧结形成。
[0025]进一步的，所述纳米银焊膏中的纳米银颗粒或微米银片的总质量分数为85.3%。
[0026]进一步的，所述液态分散剂包括α松油醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
[0027]本专利技术提供的液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺及烧结基板，在不超过5MPa的压力下获得大面积的粘接，达到了在降低烧结压力的前提下，保证了烧结界面的良好接触，又能尽可能减小焊膏厚度、粘接面积对烧结质量的影响，使工业烧结过程可控性更强，同时避免了高压烧结带来的危害，进而有效降低工业成本。本专利技术的液态分散剂辅助银烧结粘结大面积基板的烧结工艺能确保烧结后焊膏层没有宏观裂纹和分层，具有较高的粘接强度。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例提供的大面积烧结工艺曲线及流程图；
[0030]图2为本专利技术实施例的液体分散剂辅助银大面积烧结的机理；
[0031]图3为本专利技术实施例的烧结结构的超声扫描成像；
[0032]图4为本专利技术实施例的烧结结构的剪切强度分布；
[0033]图5为本专利技术实施例的烧结结构的横截面微观结构；
[0034]图6为本专利技术实施例的烧结结构的温度循环超声扫描成像及剥离程度数据图；
[0035]图7为本专利技术实施例提供的烧结基板的示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]本专利技术实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0038]本专利技术实施例提供一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺，包括以下步骤：
[0039]印刷：采用钢网印刷控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态分散剂辅助大面积低压烧结银互连工艺，其特征在于，包括以下步骤：采用钢网印刷控制厚度的方式，利用刮刀将80
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120μm厚的纳米银焊膏均匀预涂覆在基板表面，然后在120℃下干燥30min；在另一块基板上均匀形成定量的液态分散剂；将另一块基板对接在涂有纳米银焊膏的基板上；将对接好的两块基板放在预热好的热压机上，以5℃/min的升温速率从T1℃升温至275℃后，在275℃和P1MPa下保温50min后冷却至室温，最终制得烧结连接试样。2.根据权利要求1的液态辅助大面积低压烧结银互连工艺，其特征在于，所述纳米银焊膏中的纳米银颗粒或微米银片的总质量分数为85.3％。3.根据权利要求1的液态辅助大面积低压烧结银互连工艺，其特征在于，所述基板为纯度为99.9％的铜基体，电镀4μm的银层和0.4μm的镍层。4.根据权利要求1的液态辅助大面积低压烧结银互连工艺，其特征在于，所述液态分散剂包括α松油醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。5.根据权利要求1的液态辅助大面积低压烧结银互连工艺，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭沿松，陈刚，王亚东，林强，李欣，高丽兰，
申请(专利权)人：凯尔测控技术天津有限公司，
类型：发明
国别省市：