本发明专利技术提供了一种功率器件封装用金属焊膏及其制备方法和应用。本发明专利技术的功率器件封装用金属焊膏的制备方法，包括如下步骤：S1：采用粘结剂对金属颗粒进行包覆，得到包覆金属颗粒；S2：将分散剂、抗氧化剂和有机溶剂混合均匀，得到有机溶剂体系；S3：将包覆金属颗粒与有机溶剂体系混合搅拌，得到混合物；S4：将混合物与热固性树脂混合搅拌，得到功率器件封装用金属焊膏。本发明专利技术制备的金属焊膏芯片贴装性能良好，贴片后能够保持一定的强度，从而保证了在后续移动及烧结过程中不发生芯片与下基板的相对位移，很好地解决了实际生产应用过程中芯片贴装环节面临的贴片困难等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及第三代半导体功率器件封装，尤其是涉及一种功率器件封装用金属焊膏及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着航空航天、电动汽车等领域的不断发展，对于核心功率器件的要求逐渐增高，第三代宽带隙半导体也逐渐得到了越来越多的研究和关注。第三代宽带隙半导体具有更高的运行结温，在350℃以上仍能保持良好的运行性能。
2、封装互连的可靠性决定了功率模块的使用性能以及性能发挥。互联层所采用的涂覆材料也决定了封装互连结构的可靠性。传统的锡基焊料工作温度在175℃以下，因此具有低温烧结、高温服役性能的纳米/微米金属焊膏得到了广泛应用。
3、目前，对于银、铜制成的焊膏已经存在大量研究，在实际生产应用过程中，在预烘干步骤后需要进行贴片，即在一定温度下以较低压力进行贴片，从而保证后续转移以及加压烧结过程中芯片与基板的相对位置不发生变化。然而，现有焊膏贴片后芯片与焊膏的结合强度过低，导致后续流程存在移位等风险。
4、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种功率器件封装用金属焊膏及其制备方法和应用，该金属焊膏芯片贴装性能良好，贴片后能够保持一定的强度，保证了在后续移动及烧结过程中不发生芯片与下基板的相对位移，很好地解决了实际生产应用过程中芯片贴装环节面临的贴片困难等问题。
2、本专利技术提供一种功率器件封装用金属焊膏的制备方法，包括如下步骤：
3、s1：采用粘结剂对金属颗粒进行包覆，得到包覆金属颗粒；
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p>4、s2：将分散剂、抗氧化剂和有机溶剂混合均匀，得到有机溶剂体系；5、s3：将包覆金属颗粒与有机溶剂体系混合搅拌，得到混合物；
6、s4：将混合物与热固性树脂混合搅拌，得到功率器件封装用金属焊膏。
7、在本专利技术中，包覆金属颗粒、有机溶剂体系和热固性树脂之间的质量比可以为(75-89)：(10.5-22)：(0.5-3)，优选为(79.5-81.5)：(17-19)：1.5；粘结剂与金属颗粒的质量比为(0.1-5)：(95-99.9)。
8、在本专利技术中，步骤s1包括：
9、s11：对金属颗粒进行预处理，得到预处理金属颗粒；
10、s12：将预处理金属颗粒与粘结剂溶液混合后进行超声处理，离心去除上清液，得到粘结剂包覆的金属颗粒；
11、s13：将粘结剂包覆的金属颗粒与乙醇溶液混合后进行超声处理，离心去除上清液，得到包覆金属颗粒。
12、具体地，步骤s11包括如下顺序进行的步骤：
13、a)将金属颗粒与酸液混合后进行超声处理，离心去除上清液；
14、b)加入酒精进行超声处理，离心去除上清液，得到预处理金属颗粒。
15、上述步骤a)中，酸液可以为稀硫酸溶液和乳酸溶液中的至少一种，与酸液混合后进行的超声处理条件包括：超声时间为3-30min。
16、上述步骤b)中，加入酒精进行的超声处理条件包括：超声时间为3-20min。
17、步骤s12中，粘结剂溶液可以为粘结剂的乙醇溶液；粘结剂溶液中粘结剂的质量含量可以为0.5-5％；预处理金属颗粒与粘结剂溶液混合后进行的超声处理条件包括：超声时间为30-90min。
18、步骤s13中，将粘结剂包覆的金属颗粒与乙醇溶液混合后进行的超声处理条件包括：超声时间为10-40min。
19、步骤s1中，金属颗粒为银颗粒或铜颗粒；金属颗粒的粒径范围为100-2200nm，优选为300-1200nm，金属颗粒的粒径可以为300nm、400nm、500nm、800nm、1000nm、1200nm。
20、粘结剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基纤维素和乙基纤维素中的至少一种，优选为甲基纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯。
21、步骤s2中，有机溶剂体系中分散剂、抗氧化剂和有机溶剂之间的质量比为(0.5-3)：(0-3)：(94-99.5)，优选为(1-1.5)：(0-1)：(98-98.5)。对分散剂、抗氧化剂和有机溶剂的混合方式不作严格限制，只要能够混合均匀即可，例如可以磁力搅拌1-3h。
22、在有机溶剂体系中，分散剂用于防止烧结型焊膏在制备和印刷过程中金属颗粒产生团聚，有机溶剂用于调节烧结型焊膏的粘度，抗氧化剂可选择性地添加。金属颗粒为银颗粒时，有机溶剂体系中分散剂、抗氧化剂和有机溶剂之间的质量比为(0.5-3)：0：(97-99.5)，例如1.5：0：98.5，此时可以不添加抗氧化剂；金属颗粒为铜颗粒时，有机溶剂体系中分散剂、抗氧化剂和有机溶剂之间的质量比为(0.5-3)：(0.5-3)：(94-99)，例如1：1：98，此时抗氧化剂用于防止铜粉表面发生氧化，并抑制铜膏在后续流程中生成氧化物。
23、具体地，分散剂为脂肪酸中的至少一种；抗氧化剂为α-羟基酸类化合物中的至少一种；有机溶剂为醇类有机溶剂中的至少一种；优选地，分散剂选自碳原子数大于等于10且小于等于18的饱和脂肪酸中的至少一种；进一步地，分散剂选自硬脂酸、辛酸和癸酸中的至少一种，更优选为辛酸或癸酸；抗氧化剂选自苹果酸、柠檬酸和抗坏血酸中的至少一种，更优选为柠檬酸和抗坏血酸；有机溶剂选自乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、松油醇和二乙二醇中的至少一种，更优选为乙二醇，丙二醇和丙三醇，或者丙三醇、乙二醇和二乙二醇。
24、步骤s3中，搅拌包括：采用真空脱泡机搅拌10-30min。
25、步骤s4中，热固性树脂选自双酚a型环氧树脂、多元醇型环氧树脂、酸酐树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和硅醚树脂中的至少一种；搅拌包括：采用真空脱泡机搅拌20-40min。
26、本专利技术还提供一种功率器件封装用金属焊膏，按照上述制备方法制得。
27、本专利技术还提供上述功率器件封装用金属焊膏在功率器件封装中的应用。上述功率器件封装用金属焊膏可以很好地应用于生产实际的芯片贴装步骤中。
28、功率器件的封装互联结构包括芯片、基板以及用于连接芯片和基板的连接层，连接层是采用上述功率器件封装用金属焊膏经过印刷、烘干、芯片贴装、烧结等步骤形成；其中，基板可以为铜、银、金三种金属化镀层的基板；芯片可以为硅、碳化硅芯片。
29、本专利技术还提供一种功率器件封装用金属焊膏的贴片方法，包括如下步骤：
30、a)通过钢网印刷将上述功率器件封装用金属焊膏均匀涂覆在基板的连接面上，得到焊膏与基板的堆叠结构；
31、b)将焊膏与基板的堆叠结构置于烘干炉中，升温至100-140℃，保温10-30min，无压烘干，得到烘干结构；
32、c)将烘干结构置于90-130℃的加热台上，保持氮7气吹气，采用半自动吸笔取晶方式，施加0.2-3mpa压力，将芯片贴于烘干结构的焊膏层上。
33、步骤a)中，在涂覆之外先对基板进行预处理，预处理包括：采用清洗剂对基板进行清洗以去除基板表本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种功率器件封装用金属焊膏的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属颗粒为银颗粒或铜颗粒；金属颗粒的粒径范围为100-2200nm；粘结剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基纤维素和乙基纤维素中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，有机溶剂体系中分散剂、抗氧化剂和有机溶剂之间的质量比为(0.5-3)：(0-3)：(94-99.5)；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，分散剂为脂肪酸中的至少一种；抗氧化剂为α-羟基酸类化合物中的至少一种；有机溶剂为醇类有机溶剂中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，搅拌包括：采用真空脱泡机搅拌10-30min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，热固性树脂选自双酚A型环氧树脂、多元醇型环氧树脂、酸酐树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和硅醚树脂中的至少一种；
8.一种功率器件封装用金属焊膏，其特征在于，按照权利要求1-7任一所述的制备方法制得。
9.权利要求8所述的功率器件封装用金属焊膏在功率器件封装中的应用。
10.一种功率器件封装用金属焊膏的贴片方法，其特征在于，包括如下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种功率器件封装用金属焊膏的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，金属颗粒为银颗粒或铜颗粒；金属颗粒的粒径范围为100-2200nm；粘结剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基纤维素和乙基纤维素中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，有机溶剂体系中分散剂、抗氧化剂和有机溶剂之间的质量比为(0.5-3)：(0-3)：(94-99.5)；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，分散剂为脂肪酸中的至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾强，朱睿康，王乙舒，郭福，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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