一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106653627A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201610888951.6(22)申请日2016.10.11(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号天津大学(72)发明人梅云辉闫海东李欣陆国权(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人王丽(51)Int.Cl.H01L21/60(2006.01)H01L23/52(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图4页(54)发明名称一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法(57)摘要本发明涉及一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法，包括预热阶段、干燥阶段、烧结致密化阶段和甲酸还氧烧结阶段；其中在预热阶段和干燥阶段采用非接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热，在烧结致密化阶段采用接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热。利用密闭腔体中辐射、传导和对流的热传导原理实现了可用于纳米银焊膏实现功率芯片与裸铜衬底或敷铜基板间烧结连接所需的温度曲线，并利用该真空炉量化的抽真空能力得到了可用于纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板所需的贫氧烧结气氛。本发明借助通用真空烧结/回流焊炉平台，无需特制的烧结工艺设备，适合于电力电子领域中各种集成半导体芯片封装模块的产业化生产。CN106653627ACN106653627A权利要求书1/1页1.一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法；其特征包括预热阶段、干燥阶段、烧结致密化阶段和甲酸还氧烧结阶段；其中在预热阶段和干燥阶段采用非接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热，在烧结致密化阶段采用接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热。2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述预热阶段，在氮气保护气氛下预热贴片后的试样，预热温度65-120℃，预热时间1-30min。3.如权利要求1所述的方法，其特征是干燥阶段，将预热好的试样放入真空烧结/回流焊炉，温升速率5-10℃/min，干燥温度120-200℃，干燥时间5-30min。4.如权利要求1所述的方法，其特征是烧结致密化阶段，烧结温度250-320℃，烧结时间5-30min，贫氧气氛控制，两次抽真空压力值至5-500mbar，回填氮气保护气至1000mbar。5.如权利要求1所述的方法，其特征是甲酸还氧烧结阶段，抽真空至5mbar，注入甲酸至50-500mbar，回填氮气至1000mbar，还氧温度250-320℃，还氧时间5-30min。2CN106653627A说明书1/8页一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法技术领域[0001]本发明涉及一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法，属于纳米材料互连工艺及电子封装制造领域。背景技术[0002]作为有前景的热界面材料，纳米银焊膏特别适用于高温功率模块在高温极端恶劣环境条件下的应用。因其高的导热率(240W/mK)，高的电导率(2.6×105Ω·cm-1)，低的杨氏模量(约9～20GPa)，高的熔点(961℃)，以及高温环境条件下优异的力学可靠性。随着电子焊接材料无铅化制程的不断推进，无铅化是必然趋势。纳米银焊膏有望成为高铅高温焊料的代替材料。[0003]铜和金银是电子工业领域应用最为广泛的金属材料，目前纳米银焊膏连接镀银和镀金基板的烧结工艺已趋于成熟，烧结气氛为空气条件。在空气气氛烧结条件下，纳米银焊膏利用空气中充足的氧会将烧掉纳米银焊膏中有机物，完成纳米银颗粒致密化的同时实现与金银镀层的扩散连接。而然，对于纳米银连接裸铜衬底或敷铜基板而言，空气气氛中过多的氧将严重氧化裸铜衬底或敷铜基板，最终不能实现很好的扩散连接。因此开发适合纳米银连接裸铜衬底或敷铜基板间的烧结方法极其重要。发明内容[0004]为了解决现有技术的问题，本发明研究开发了一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的烧结方法；借助通用真空烧结/回流焊炉平台，无需特制的烧结工艺设备，避免了衬底或基板材料表面金属化后道处理工序，工艺简单，适用于纳米银焊膏实现功率芯片与裸铜衬底或敷铜基板的烧结连接的批量化生产，特别适合于电力电子领域中各种集成半导体芯片模块(例如硅基IGBT模块和宽禁带半导体器件模块)的产业化生产。[0005]本发明的技术方案如下：[0006]一种纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的低温烧结方法；包括预热阶段、干燥阶段、烧结致密化阶段和甲酸还氧烧结阶段；其中在预热阶段和干燥阶段采用非接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热，在烧结致密化阶段采用接触热传导方式实现加热板对加热托盘的加热。[0007]所述预热阶段，在氮气保护气氛下预热贴片后的试样，预热温度65-120℃，预热时间1-30min。[0008]所述干燥阶段