CN115863295A - 一种用于银烧结的复合焊片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于银烧结的复合焊片结构及制备方法,涉及半导体制备技术领域,旨在解决目前纳米银浆制备成本高,可靠性低的问题,其技术方案要点是:一种用于银烧结的复合焊片结构,包括自上而下依次设置的银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层。本发明的一种用于银烧结的复合焊片结构及制备方法,制备成本低,能够提高Ag连接的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备领域,更具体地说,它涉及一种用于银烧结的复合焊片结构及制备方法。
背景技术
第三代半导体材料在许多应用领域拥有Si半导体材料无法比拟的优点:如具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,可实现高压、高温、高频、高抗辐射能力。此外,第三代半导体材料还具有广泛的基础性和重要的引领性。从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,较为成熟的是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)半导体材料,也是最具有发展前景的两种材料。
目前SiC已应用于新能源电动车用半导体器件当中,基于SiC的上述优势,在新型半导体器件当中,作为与SiC芯片相匹配的先进连接技术为新一代银纳米烧结技术,主要优势为纳米银颗粒的尺寸效应带来的低熔点焊接,高熔点服役特性,是先进的电子器件封装连接材料。然而,银烧结技术成本过高,1克纳米银浆的价格远远溢价Ag价格数倍;纳米银浆料需要特殊的存储环境,一般需要低温保存;芯片与绝缘基板的连接采用银烧结技术需要复杂的仪器设备,大多数情况下,需要加压5~40Mpa才能实现有效可靠的连接,对芯片加压烧结将可能带来芯片的物理损伤的风险。基于以上原因,纳米银浆连接技术目前主要应用于高端功率半导体器件当中,无法普遍适用。
第三代半导体技术迅猛发展,其功率器件技术上朝着大功率、高功率密度、高压、大电流方向发展,其应用趋势将越来越普及,对封装连接技术、封装连接材料需求越来越高,低成本,高可靠性的芯片连接材料与技术亟待开发。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种用于银烧结的复合焊片结构及制备方法,其制备的银烧结复合焊片,其表面为银盐复合膜层在芯片连接过程中,直接分解及还原为Ag颗粒,满足Ag连接的高可靠性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种用于银烧结的复合焊片结构,包括自上而下依次设置的银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层。
本发明进一步设置为:所述银盐复合层的种类为:氯化银、溴化银、碘化银、碳酸银、柠檬酸银、醋酸银、甲酸银、硫酸银、硝酸银中的一种或多种组合的混合银盐。
本发明进一步设置为:所述银盐复合膜层厚度为2.5-10μm。
本发明进一步设置为:所述银箔层为退火后的软态银箔,Ag含量≥99.9%,厚度10~40μm。
本发明同时提供一种用于银烧结的复合焊片的制备方法,其包括以下步骤:
A电解液组成配置:以去离子水为溶剂,添加复合盐,搅拌溶解配置而成;,阳离子为H+、Na+、K+、Mg2+中的一种或多种组合;
B电化学电解:将步骤A中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与银箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加1.0~10.0V直流电压,电流密度0.5~5.0A/dm2,保持时间为3~10min,在阳极获得附着银盐复合膜层的银箔;
C干燥烘干:将步骤B中的附着银盐复合膜层的银箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,即获得银焊片。
本发明进一步设置为:在A步骤中,所述复合盐的阴阳离子组合中,阴离子为Cl-、Br-、I-、[HCO3]-、CO3 2-、[C6H5O 7]3-、[CH3COO-]、[HCOO]-、SO4 2-、NO3 -中的一种或多种组合。
本发明进一步设置为:所述复合盐的阴阳离子组合中,阳离子为为H+、Na+、K+、Mg2+中的一种或多种组合。
本发明进一步设置为:在步骤C中,烘箱的温度为60~80℃,烘干时间为30-60min。
综上所述,本发明具有以下有益效果:一种用于银烧结的复合焊片的结构及制备方法,其结构特性提出了银焊片自上而下,分别为银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层,并且提出了银盐复合膜层与Ag箔的成分、厚度、Ag含量、状态;其制备方法,提出通过1、电解液成分组成;2、电化学电解;3、干燥烘干步骤,完成银焊片的制备,该方法在低成本的条件下,即获得银焊片,同时本发明所述银烧结复合焊片,其表面为银盐复合膜层在芯片连接过程中,直接分解及还原为Ag颗粒,满足Ag连接的高可靠性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行详细描述。
一种用于银烧结的复合焊片结构,包括自上而下依次设置的银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层;其中银盐复合层的种类为:氯化银、溴化银、碘化银、碳酸银、柠檬酸银、醋酸银、甲酸银、硫酸银、硝酸银中的一种或多种组合的混合银盐。
银盐复合膜层厚度为2.5-10μm。
并且,银箔层为退火后的软态银箔,退火后软态银箔,在焊接时候,更容易发生变形;焊接效果更好,其中Ag含量≥99.9%,厚度10~40μm。
本发明同时提供一种用于银烧结的复合焊片的制备方法,如附图1所示,其包括以下步骤:
A电解液组成配置:以去离子水为溶剂,添加复合盐,搅拌溶解配置而成;,阳离子为H+、Na+、K+、Mg2+中的一种或多种组合;
B电化学电解:将步骤A中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与银箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加1.0~10.0V直流电压,电流密度0.5~5.0A/dm2,保持时间为3~10min,在阳极获得附着银盐复合膜层的银箔;
C干燥烘干:将步骤B中的附着银盐复合膜层的银箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,即获得银焊片。
在A步骤中,复合盐的阴阳离子组合中,阴离子为Cl-、Br-、I-、[HCO3]-、CO3 2-、[C6H5O7]3-、[CH3COO-]、[HCOO]-、SO4 2-、NO3 -中的一种或多种组合;阳离子为H+、Na+、K+、Mg2+中的一种或多种组合。
并且在步骤C中,烘箱的温度为60~80℃,烘干时间为30-60min。
以下做具体说明:
实施例一:
一种用于银烧结的复合焊片的结构,自上而下,分别为银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层;
进一步的,所述银盐复合膜种类为溴化银、碘化银的组合的混合银盐;
进一步的,所述银盐复合膜层厚度为2.5μm;
进一步的,所述Ag箔为退火后的软态银箔,Ag含量≥99.9%,厚度15μm;
具体制备步骤如下:
电解液组成配置:
以去离子水为溶剂,分别添加复合盐10g的NaI、10g的KBr,溶于500ml的去离子水中,搅拌溶解配置而成;所述复合盐的阴阳离子组合为阴离子为Br-、I-组合,阳离子为Na+、K+中的组合;
电化学电解:
将上述步骤中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与Ag箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加5.0V直流电压,电流密度1.2A/dm2,保持时间为5min,在阳极获得附着银盐复合膜层的Ag箔;
干燥烘干:
将上述步骤中制得的Ag箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,温度为80℃时间为30-60min;即获得用于银烧结的复合焊片。
实施例二:
一种用于银烧结的复合焊片的结构,自上而下,分别为银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层;
进一步的,所述银盐复合膜种类为,碳酸银、醋酸银的组合的混合银盐;
进一步的,所述银盐复合膜层厚度为2.5μm;
进一步的,所述Ag箔为退火后的软态银箔,Ag含量≥99.9%,厚度20μm;
其具体制作步骤如下:
电解液组成配置:
以去离子水为溶剂,分别添加复合盐10g碳酸钠、10g醋酸钠,溶于500ml的去离子水中,搅拌溶解配置而成;所述复合盐的阴阳离子组合为阴离子为CO3 2-、[CH3COO]-组合,阳离子为Na+;
电化学电解:
将上述步骤中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与Ag箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加5.0V直流电压,电流密度1.5A/dm2,保持时间为5min,在阳极获得附着银盐复合膜层的Ag箔;
干燥烘干:
将上述步骤中制得的Ag箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,温度为80℃时间为45min即获得用于银烧结的复合焊片。
实施例三:
一种用于银烧结的复合焊片的结构,自上而下,分别为银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层;
进一步的,所述银盐复合膜种类为碳酸银、柠檬酸银的组合的混合银盐;
进一步的,所述银盐复合膜层厚度为5μm;
进一步的,所述Ag箔为退火后的软态银箔,Ag含量≥99.9%,厚度20μm;
其制备具体步骤如下:
电解液组成配置:
以去离子水为溶剂,分别添加复合盐10g碳酸钠、10g柠檬酸钠,溶于500ml的去离子水中,搅拌溶解配置而成;所述复合盐的阴阳离子组合为阴离子为CO3 2-、[C6H5O 7]3-组合,阳离子为Na+;
电化学电解:
将上述步骤中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与Ag箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加5.0V直流电压,电流密度2.0A/dm2,保持时间为10min,在阳极获得附着银盐复合膜层的Ag箔;
干燥烘干:
将上述步骤制得中附着银盐复合膜层的Ag箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,温度为80℃时间为45min即获得银焊片。
对比例一:
一种用于银烧结的复合焊片的结构,为银焊片;Ag含量≥99.9%,厚度20μm;焊片的制备方法,为采用传统压延工艺制备。
性能测试:
将实施例一、实施例二、实施例三以及对比例一获得的银焊片用于芯片与Cu面基板间的连接测试:
实施例一的焊片在光照20min后,在250℃,加压2Mpa,以及甲酸还原性气氛下,保温45min条件下,进行焊片连接测试,获得良好连接效果;
实施例2、实施例3仅在250℃,加压2Mpa,以及甲酸还原性气氛下,保温45min条件下,进行焊片连接测试,即可获得良好连接效果;
对比例一在250℃,加压2Mpa,以及甲酸还原性气氛下,保温45min条件下,进行焊片连接测试,无法获得连接效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于银烧结的复合焊片结构,其特征在于:包括自上而下依次设置的银盐复合膜层、银箔层、银盐复合膜层。
2.根据权利要求1所述的一种用于银烧结的复合焊片结构,其特征在于:所述银盐复合层的种类为:氯化银、溴化银、碘化银、碳酸银、柠檬酸银、醋酸银、甲酸银、硫酸银、硝酸银中的一种或多种组合的混合银盐。
3.根据权利要求2所述的一种用于银烧结的复合焊片结构,其特征在于:所述银盐复合膜层厚度为2.5-10μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于银烧结的复合焊片结构,其特征在于:所述银箔层为退火后的软态银箔,Ag含量≥99.9%,厚度10~40μm。
5.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的复合焊片的方法,其特征在于,包括以下步骤:
A电解液组成配置:以去离子水为溶剂,添加复合盐,搅拌溶解配置而成;
B电化学电解:将步骤A中的电解液置于电解槽中,阴极与阳极均与银箔连接,遮光与超声波振动条件下,在阳极与阴极间施加1.0~10.0V直流电压,电流密度0.5~5.0A/dm2,保持时间为3~10min,在阳极获得附着银盐复合膜层的银箔;
C干燥烘干:将步骤B中的附着银盐复合膜层的银箔,经纯水洗、无水乙醇浸洗后,在遮光条件下转移至烘箱进行干燥,即获得银焊片。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:在A步骤中,所述复合盐的阴阳离子组合中,阴离子为Cl-、Br-、I-、[HCO3]-、CO3 2-、[C6H5O 7]3-、[CH3COO-]、[HCOO]-、SO4 2-、NO3 -中的一种或多种组合。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述复合盐的阴阳离子组合中,阳离子为H+、Na+、K+、Mg2+中的一种或多种组合。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:在步骤C中,烘箱的温度为60~80℃,烘干时间为30-60min。
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