CN115863295B - 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其制备方法。
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-、[C6H5O7]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-、[C6H5O7]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 (5)
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；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、硝酸银中的两种或多种组合的混合银盐；所述银盐复合膜层厚度为2.5-10μm；所述银箔层为退火后的软态银箔，Ag含量≥99.9%，厚度10~40μm。
2.一种制备如权利要求1所述的复合焊片结构的方法，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。
3.根据权利要求2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-、[C6H5O7]3-、 [CH3COO]-、[HCOO]-、SO4 2-、NO3 -中的一种或多种组合。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求2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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