CN111942726A - 一种用于烧结工艺的密封袋和烧结工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于烧结工艺的密封袋和烧结工艺，所述密封袋材料为耐高温材料，容积范围为10mm3～500mm3；所述耐高温材料选自：特氟龙、聚酰亚胺薄膜、铝箔胶带、聚酯薄膜胶带中的一种；所述密封袋形状选自：三角形、四边形、梯形、菱形、五角星、六边形、圆形中的一种。本发明提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，且袋子内的负压条件也更利于使烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体烧结领域，尤其涉及一种用于烧结工艺的密封袋和烧结工艺。
背景技术
封装作为连接材料、芯片、器件和应用的桥梁，直接为芯片提供稳定的电磁、机械及散热环境，使芯片稳定正常地工作，并且可通过封装集成实现并拓展芯片的功能范围。目前以纳米银烧结为代表的先进工艺已逐渐成为功率半导体器件封装互连的主流，国内外主要封装应用厂商已进入实用化和规模化使用中。但是银本身价格较高，此外，银和SiC芯片背面材料热膨胀系数的不同，需要添加其它中间金属层提高互连性能，从而增加了工艺复杂性成本等问题，
研究人员发现与纳米银近似的纳米铜材料，但是烧结纳米铜需要在特定的气氛或真空中进行。所以对烧结设备的气氛有一定的要求，但是目前大部分烧结设备并没有考虑太多的烧结气氛的掌控。
现有烧结铜的工艺过程一般为：在室温时放入样品，向整个腔体通入保护气氛，再从室温逐渐升温到工艺温度来避免铜材料的氧化，该过程时间很长，不适合工业生产。也有研究人员制作装配夹具，将样品放入夹具内，全程抽气和通气，保证样品厌氧环境。但是全程保持抽气和通气，气体消耗较大，同时使用时夹具依赖特定模具，影响量产。而且，烧结完成后，打开夹具后散发的气体无法被高效快速收集，有污染环境风险。而且模具定制难度较大，也不适合实验室等小规模开发。
发明内容
针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提供一种用于烧结工艺的密封袋和烧结工艺，所述密封袋材料为耐高温材料，容积范围为10mm3～500mm3；所述耐高温材料选自：特氟龙、聚酰亚胺薄膜、铝箔胶带、聚酯薄膜胶带中的一种；所述密封袋形状选自：三角形、四边形、梯形、菱形、五角星、六边形、圆形中的一种。
一种烧结工艺，采用上述用于烧结工艺的密封袋，所述工艺包括以下步骤：
S2.1将待烧结产品放置所述密封袋内；用包封设备对密封袋进行封口，形成真空密封；
S2.2将密封后的待烧结产品，放置烧结炉内，在烧结炉内通入烧结气氛，调整烧结温度，设置压力辅助及保温时间，得到烧结件；所述烧结气氛选自：氩气、空气、氮气、5％氢氩混合气、甲酸、真空中的一种；
S2.3将所述烧结件的密封袋打开，放气，得到烧结成型的产品。
优选地，所述烧结温度：100℃-280℃，所述保温时间30s--30min，所述压力辅助0MPa-30MPa。
优选地，所述密封袋的真空度小于1×102Pa。
优选地，所述包封设备选自真空封口机、真空包装机中的一种。
优选地，封口粘合温度为290℃～350℃。
优选地，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.4在基板上设置连接材料，将芯片放置在所述连接材料上，烘干，得到所述待烧结产品。
优选地，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.5在基板上设置连接材料，烘干，将芯片放置在所述连接材料上，形成待烧结单件；准备托盘，把多个待烧结单件放在托盘上，得到所述待烧结产品，所述托盘设置多个凹槽，用于固定待烧结产品。
优选地，所述连接材料选自：纳米金属膏、纳米金属浆料、纳米金属墨水、纳米金属膜材料中的一种，所述设置方法为印刷或贴或涂覆。
优选地，所述烘干环境为：温度：100℃-150℃，保温时间：30s-30min，气氛：选自空气、氮气、真空中的一种。
本发明的有益效果至少包括:
本发明提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，也可以在空气气氛下进行烧结，且密封袋内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1
一种用于烧结工艺的密封袋，所述密封袋材料为耐高温材料，容积范围为10mm3～500mm3；所述耐高温材料选自：特氟龙、聚酰亚胺薄膜、铝箔胶带、聚酯薄膜胶带中的一种；所述密封袋形状选自：三角形、四边形、梯形、菱形、五角星、六边形、圆形中的一种。
一种用于烧结工艺的密封袋，制备工艺包括以下制备步骤：
1、选用耐高温材料，剪裁为特定尺寸；
2、使用包封设备将裁定后的耐高温材料制备成留有一处开口的闭合结构，得到密封袋；
或，采用以下制备步骤：
1、耐高温材料由面A和面B组成，所述面A有粘性，所述面B无粘性，剪裁为特定尺寸；
2、将待烧结样品置于耐高温材料面A的中心，将所述面B与所述面A对贴，形成待烧结样品的密封袋。
在一些优选的实施例中，一种烧结工艺，采用上述用于烧结工艺的密封袋，所述工艺包括以下步骤：
S2.1将待烧结产品放置所述密封袋内；用包封设备对密封袋进行封口，形成真空密封；
S2.2将密封后的待烧结产品，放置烧结炉内，在烧结炉内通入烧结气氛，调整烧结温度，设置压力辅助及保温时间，得到烧结件；所述烧结气氛选自：氩气、空气、氮气、5％氢氩混合气、甲酸、真空中的一种；待烧结产品为无托盘情况下，可以为多个待烧结样品放入烧结炉内，进行烧结。
S2.3将所述烧结件的密封袋打开，放气，得到烧结成型的产品。可以将烧结件统一拿到安全地点进行统一放气。
在一些优选的实施例中，所述烧结温度：100℃-280℃，所述保温时间30s--30min，所述压力辅助0MPa-30MPa。
在一些优选的实施例中，所述密封袋的真空度小于1×102Pa。
在一些优选的实施例中，所述包封设备选自真空封口机、真空包装机中的一种。
在一些优选的实施例中，封口粘合温度为290℃～350℃。
在一些优选的实施例中，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.4在基板上设置连接材料，将芯片放置在所述连接材料上，烘干，得到所述待烧结产品。为每个待烧结材料与一个密封袋一一对应。
在一些优选的实施例中，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.5在基板上设置连接材料，烘干，将芯片放置在所述连接材料上，形成待烧结单件；准备托盘，把多个待烧结单件放在托盘上，得到所述待烧结产品，所述托盘设置多个凹槽，用于固定待烧结产品，一个较大的密封袋将整个托盘密封在其内部。
在一些优选的实施例中，所述连接材料选自：纳米金属膏、纳米金属浆料、纳米金属墨水、纳米金属膜材料中的一种，所述设置方法为印刷或贴或涂覆。
在一些优选的实施例中，所述烘干环境为：温度：100℃-150℃，保温时间：30s-30min，气氛：选自空气、氮气、真空中的一种。
本实施例提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，也可以在空气气氛下进行烧结，且密封袋内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
实施例2
一种烧结工艺，包括以下步骤：
制备密封袋
选用特氟龙材料，裁剪为四边形结构，容积范围为10mm×30mm；制备成留有一处开口的闭合结构，其余部分使用真空包封机在300℃封口粘合，得到密封袋；
准备样品
S2.1在基板上印刷纳米铜膏连接材料，烘干，烘干环境为：温度：150℃，保温时间：30min，气氛为真空。将芯片放置在纳米铜膏连接材料上，形成待烧结件，将其放入密封袋内；用真空包封设备将密封袋抽真空封口，得到待烧结产品；
烧结
S2.2将多个待烧结产品，烧结，烧结环境为：温度：150℃，保温时间20min，压力辅助20MPa，气氛为真空。得到烧结后产品，在一个适宜地点统一放气，得到烧结后产品。
本方案提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，且袋子内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
实施例3
一种烧结工艺，包括以下步骤：
制备密封袋
选用聚酰亚胺薄膜，裁剪为三角形结构，容积范围为400mm×500mm；制备成留有一处开口的闭合结构，其余部分使用真空包封机在300℃封口粘合，得到密封袋；
准备样品
S2.1在基板上印刷纳米铜膏连接材料，烘干，烘干环境为：温度：150℃，保温时间：30min，气氛为空气。将芯片放置在纳米铜膏连接材料上，形成待烧结产品单件；准备托盘，把多个待烧结产品单件放在托盘上，将其放入密封袋内；用真空包封设备将密封袋抽真空封口，得到待烧结产品。
烧结
S2.2将多个待烧结产品，烧结，烧结环境为：温度：150℃，保温时间20min，压力辅助20MPa，气氛为真空。得到烧结后产品，在一个适宜地点统一放气，得到烧结后产品。
本方案提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结过程中，不需要持续通气，且袋子内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
实施例4
一种烧结工艺，包括以下步骤：
制备密封袋
选用特氟龙材料，裁剪为圆形结构，容积范围为200mm×500mm；制备成留有一处开口的闭合结构，其余部分使用真空包封机在270℃封口粘合，得到密封袋；
准备样品
S2.1在基板上印刷纳米铜膏连接材料，烘干，烘干环境为：温度：150℃，保温时间：30min，气氛为空气。将芯片放置在纳米铜膏连接材料上，形成待烧结产品单件；准备托盘，把多个待烧结产品单件放在托盘上，将其放入密封袋内；用真空包封设备将密封袋抽真空封口，得到待烧结产品。
烧结
S2.2将多个待烧结产品，烧结，烧结环境为：温度：150℃，保温时间20min，压力辅助20MPa，气氛为真空。得到烧结后产品，在一个适宜地点统一放气，得到烧结后产品。
本方案提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，且袋子内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
实施例5
一种烧结工艺，包括以下步骤：
制备密封袋
选用特氟龙材料，裁剪为四边形结构，容积范围为10mm×10mm；制备成留有一处开口的闭合结构，其余部分使用真空包封机在300℃封口粘合，得到密封袋；
准备样品
S2.1在基板上印刷纳米铜膏连接材料，烘干，烘干环境为：温度：150℃，保温时间：30min，气氛为真空。将芯片放置在纳米铜膏连接材料上，形成待烧结件，将其放入密封袋内；用真空包封设备将密封袋抽真空封口，得到待烧结产品；
烧结
S2.2将多个待烧结产品，烧结，烧结环境为：温度：150℃，保温时间20min，压力辅助20MPa，气氛为真空。得到烧结后产品，在一个适宜地点统一放气，得到烧结后产品。
本方案提供的密封袋，制作成本低，且密封袋内已抽真空，在烧结时不需要持续通气，且袋子内的负压条件也更利于烧结材料中的挥发性物质出来。不需要模具，自由度高。可以实现多个样品同时烧结，统一在一个地方释放收集气体，不会破坏环境，安全性高。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种用于烧结工艺的密封袋，其特征在于，所述密封袋材料为耐高温材料，容积范围为10mm3～500mm3；所述耐高温材料选自：特氟龙、聚酰亚胺薄膜、铝箔胶带、聚酯薄膜胶带中的一种；所述密封袋形状选自：三角形、四边形、梯形、菱形、五角星、六边形、圆形中的一种。
2.一种烧结工艺，其特征在于，采用如权利要求1所述的用于烧结工艺的密封袋，所述工艺包括以下步骤：
S2.1将待烧结产品放置于所述密封袋内；用包封设备对密封袋进行封口，形成真空密封；
S2.2将密封后的待烧结产品，放置于烧结炉内，在烧结炉内通入烧结气氛，调整烧结温度，设置压力辅助及保温时间，得到烧结件；所述烧结气氛选自：氩气、空气、氮气、5％氢氩混合气、甲酸、真空中的一种；
S2.3将装有所述烧结件的密封袋打开，放气，得到烧结成型的产品。
3.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，所述烧结温度：100℃-280℃，所述保温时间30s--30min，所述压力辅助0MPa-30MPa。
4.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，所述密封袋的真空度小于1×102Pa。
5.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，所述包封设备选自真空封口机、真空包装机中的一种。
6.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，所述密封袋的封口粘合温度为290℃～350℃。
7.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.4在基板上设置连接材料，将芯片放置在所述连接材料上，烘干，得到所述待烧结产品。
8.如权利要求2所述的烧结工艺，其特征在于，在所述S2.1之前，所述工艺还包括：
S2.5在基板上设置连接材料，烘干，将芯片放置在所述连接材料上，形成待烧结单件；准备托盘，把多个待烧结单件放在托盘上，得到所述待烧结产品，所述托盘设置多个凹槽，用于固定待烧结产品。
9.如权利要求7或权利要求8所述的烧结工艺，其特征在于，所述连接材料选自：纳米金属膏、纳米金属浆料、纳米金属墨水、纳米金属膜材料中的一种，所述设置方法为印刷或贴或涂覆。
10.如权利要求7或权利要求8所述的烧结工艺，其特征在于，所述烘干环境为：温度：100℃-150℃，保温时间：30s-30min，气氛：选自空气、氮气、真空中的一种。
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| B.BAILEY等: "陶瓷芯片载体――一种封装新标准", 《微纳电子技术》 * |
| 杨金龙等: "新型功率模块封装中纳米银低温烧结技术的研究进展", 《材料导报》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114900986A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-12 | 广东工业大学 | 一种液相辅助空气中烧结高性能互连接头的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111942726B (zh) | 2022-04-19 |
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