CN102637598A - 一种制备大功率半导体器件管芯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备大功率半导体器件管芯的方法，属于半导体器件制造技术领域，包括以下步骤：（1）将钼片一面形成网格状凹槽；（2）将纳米银浆涂敷在钼片表面有凹槽的一面；（3）将硅片阳极面与涂敷有纳米银浆凹槽面的钼片按设计厚度依次放入模具中，将模具放入真空烘箱中，随烘箱自然从室温升至220-280℃，保温2-3小时，随烘箱自然降温至室温，获得大功率半导体器件管芯。本发明制得的产品电压性能优越，压降低，内应力小，大大提高了大功率半导体器件管芯的合格率及可靠性。本发明方法简单，生产周期短，便于大规模生产，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备大功率半导体器件管芯的方法，具体涉及通过纳米银真空烧结方法制备大功率半导体器件管芯，属于半导体器件制造技术领域。
背景技术
通常地，大功率半导体器件管芯采用芯片、铝箔片、钼片在真空烧结炉中烧结的方法制备。授权公告日为2006年10月11日，授权公告号为CN1279592C的发明专利，公开了一种大功率晶闸管管芯的制备方法，包括以下步骤：（1）将硅片、含硅铝箔和钼片按设计厚度依次放入模具中；（2）将模具放入烧结炉中，抽真空至2×10-2 Pa，升温至700℃，保温30-65分钟；（3）按每分钟降温1-2℃，降温至480℃时停止加热；（4）降至400℃以下时，把炉体移开，降至250℃时关扩散泵，降至160℃时关高阀，打开真空室取出管芯。但这种方法生产周期较长（升降温时间长）、能耗较高；烧结温度高（450-700℃）易使管芯变形和形成空洞夹层（尤其是大尺寸芯片）并易造成管芯内应力大而大大降低了管芯的合格率和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备大功率半导体器件管芯的方法，制得的产品电压性能优越，压降低，内应力小，大大提高了大功率半导体器件管芯的合格率及可靠性；本发明方法简单，生产周期短，便于大规模生产，生产效率高。
为解决上述技术问题，本发明一种制备大功率半导体器件管芯的方法，包括以下步骤：
（1）将钼片一面形成网格状凹槽；
（2）将纳米银浆涂敷在钼片表面有凹槽的一面；
（3）将硅片阳极面与涂敷有纳米银浆凹槽面的钼片按设计厚度依次放入模具中，将模具放入真空烘箱中，随烘箱自然从室温升至220-280℃，保温2-3小时，随烘箱自然降温至室温，获得大功率半导体器件管芯。
步骤（1）所述钼片表面形成的网格状凹槽尺寸为200*200微米。
步骤（2）所述纳米银浆中的组分及相应组份的重量质量百分比如下：平均粒径为4０～8０ｎｍ的纳米银粉73.5～88.5％；有机载体聚乙烯醇4.5～11.0％；有机溶剂柠檬酸三丁酯4.5～11.0％；表面活性剂松香酸2.5～4.5％。
步骤（2）所述涂敷方式为用刀片或毛笔将纳米银浆涂敷在钼片表面；或采用匀胶机通过旋转涂敷的方法将纳米银浆涂敷在钼片表面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一，采用纳米银浆焊料使硅与钼烧结在一起，不仅降低了烧结温度，减少管芯形变和内应力；第二，由于芯片有网格凹槽，可提高焊料的流动性和沾润性能，还可以增强焊料与硅片和钼片之间的相互扩散和渗透的能力，减少芯片与钼片之间的空洞和夹层；第三，将真空烧结炉改为真空烘箱且烧结温度大幅下降使生产周期缩短，能耗下降；因此该方法不仅提高大功率半导体器件管芯的合格率与可靠性；而且适宜批量生产并降低生产成本。
具体实施方式
实施例1
一种制备大功率半导体器件管芯的方法，包括以下步骤：
（1）将钼片一面形成网格状凹槽，网格状凹槽的尺寸为200*200微米；
（2）用刀片或毛笔将纳米银浆涂敷在钼片表面有凹槽的一面；
（3）将硅片阳极面与涂敷有纳米银浆凹槽面的钼片按设计厚度依次放入模具中，将模具放入真空烘箱中，随烘箱自然从室温升至220℃，保温3小时，随烘箱自然降温至室温，获得大功率半导体器件管芯。
步骤（2）中纳米银浆中的组分以及相应组份的重量质量百分比如下：平均粒径为4０ｎｍ的纳米银粉73.5％；有机载体聚乙烯醇11.0％；有机溶剂柠檬酸三丁酯11.0％；表面活性剂松香酸4.5％。
实施例2
一种制备大功率半导体器件管芯的方法，包括以下步骤：
（1）将钼片一面形成网格状凹槽，网格状凹槽的尺寸为200*200微米；
（2）采用匀胶机通过旋转涂敷的方法将纳米银浆涂敷在钼片表面有凹槽的一面；
（3）将硅片阳极面与涂敷有纳米银浆凹槽面的钼片按设计厚度依次放入模具中，将模具放入真空烘箱中，随烘箱自然从室温升至280℃，保温2小时，随烘箱自然降温至室温，获得大功率半导体器件管芯。
步骤（2）中纳米银浆中的组分以及相应组份的重量质量百分比如下：平均粒径为8０ｎｍ的纳米银粉88.5％；有机载体聚乙烯醇4.5％；有机溶剂柠檬酸三丁酯4.5％；表面活性剂松香酸2.5％。
本发明具有以下有益效果：第一，采用纳米银浆焊料使硅与钼烧结在一起，不仅降低了烧结温度，减少管芯形变和内应力；第二，由于芯片有网格凹槽，可提高焊料的流动性和沾润性能，还可以增强焊料与硅片和钼片之间的相互扩散和渗透的能力，减少芯片与钼片之间的空洞和夹层；第三，将真空烧结炉改为真空烘箱且烧结温度大幅下降使生产周期缩短能耗下降；因此该方法不仅提高大功率半导体器件管芯的合格率与可靠性；而且适宜批量生产并降低生产成本。
Claims (4)
1. 一种制备大功率半导体器件管芯的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将钼片一面形成网格状凹槽；
（2）将纳米银浆涂敷在钼片表面有凹槽的一面；
（3）将硅片阳极面与涂敷有纳米银浆凹槽面的钼片按设计厚度依次放入模具中，将模具放入真空烘箱中，随烘箱自然从室温升至220-280℃，保温2-3小时，随烘箱自然降温至室温，获得大功率半导体器件管芯。
2. 根据权利要求1所述的制备大功率半导体器件管芯的方法，其特征是，步骤（1）所述钼片表面形成的网格状凹槽尺寸为50*50微米。
3. 根据权利要求1所述的制备大功率半导体器件管芯的方法，其特征是，步骤（2）所述纳米银浆中的组分及相应组份的重量质量百分比如下：平均粒径为4０～8０ｎｍ的纳米银粉73.5～88.5％；有机载体聚乙烯醇4.5～11.0％；有机溶剂柠檬酸三丁酯4.5～11.0％；表面活性剂松香酸2.5～4.5％。
4. 根据权利要求1所述的制备大功率半导体器件管芯的方法，其特征是，步骤（2）所述涂敷方式为用刀片或毛笔将纳米银浆涂敷在钼片表面；或采用匀胶机旋转涂敷的方法将纳米银浆涂敷在钼片表面。
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