CN116825742B - 一种预成型焊片及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预成型焊片及其制备方法与应用，属于功率电子器件封装技术领域。本发明提供的预成型焊片由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成，所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成，所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜，所述复合微米线包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层。本发明提供的预成型焊片能够避免芯片在回流时出现的倾斜问题，且利用其焊接后的器件在高温服役条件下具有良好的可靠性。

Description

一种预成型焊片及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及功率电子器件封装技术领域，尤其涉及一种预成型焊片及其制备方法与应用。

背景技术

随着新型电子领域如航空航天、电子汽车、显示器、轨道交通等对于能源的高效利用，微型化封装以及高温器件应用的需求日益增加，以SiC和GaN为主的宽带隙半导体由于其高的击穿电压、热导率、电子密度和迁移率而受到了广泛的关注。相比于传统硅基半导体在高温条件下应用的不稳定性，宽带隙半导体在高温条件下展现出了完美的可靠性，能够满足功率器件的高温应用。传统的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）封装主要使用SCA305、SnSb5和SnSb10这类焊接材料作为功率芯片的集电极和与之反并联的二极管芯片的阳极以及覆铜陶瓷基板（DBC）间的互连材料。这些焊接材料通常由Sn、Ag、Cu、Sb、Zn和Cr等合金元素为主，与助焊剂、粘接剂、分散剂以及活化剂等材料混合而成。将这些焊接材料用于封装互连结构中，芯片易在回流时出现倾斜问题，而且其服役温度较低，无法满足功率电子器件封装的高可靠性需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预成型焊片及其制备方法与应用，本发明提供的预成型焊片能够避免芯片在回流时出现的倾斜问题，且利用其焊接后的器件在高温服役条件下具有良好的可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种预成型焊片，由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成；

所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成；

所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜；

所述复合微米线包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层。

优选地，所述金属丝的直径为1~10mm，所述金属丝的材质包括铜、金或银。

优选地，所述金属支撑网的孔隙尺寸为0.5~8mm。

优选地，所述铜纳米颗粒的粒径为50~800nm，所述第一金属层的厚度为10~90nm，所述有机薄膜的厚度为100~600nm。

优选地，所述第一金属层的材质包括银、金、锡、镍或锑，所述有机薄膜的材质包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和纤维素中的一种或多种。

优选地，所述纤维素包括甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、羧基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基纤维素中的一种或多种。

优选地，所述铜微米芯材的直径为100~800μm；所述第二金属层的厚度为10~90μm，所述第二金属层的材质包括银、金或锡。

优选地，所述核壳结构纳米颗粒与复合微米线的质量比为1：1.5~2.5。

本发明提供了上述技术方案所述预成型焊片的制备方法，包括以下步骤：

将核壳结构纳米颗粒与复合微米线填充至金属支撑网的孔隙中，进行电磁核壳压制，得到所述预成型焊片。

本发明提供了上述技术方案所述预成型焊片或上述技术方案所述制备方法制备得到的预成型焊片在功率电子器件封装中的应用。

有益效果：本发明提供的预成型焊片由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成，所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成，所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜，所述复合微米线包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层。本发明提供的预成型焊片为具有支撑结构的跨尺度多金属预成型焊片，其中金属支撑网能够在芯片焊接中提供有效的结构支撑，避免芯片在回流时出现的倾斜问题，同时能够有效提升纳米核壳结构纳米颗粒以及复合微米线的堆砌密度，增强焊接后形成的铜烧结三维网状结构间的互连强度；而且本发明在核壳结构纳米颗粒中铜纳米颗粒的表面依次包覆第一金属层以及有机薄膜，在复合微米线中铜微米芯材的表面包覆第二金属层，能够有效防止铜纳米颗粒以及铜微米芯材表面氧化问题，有利于提升焊接后器件在高温服役条件下的可靠性。

附图说明

图1为本发明中核壳结构纳米颗粒的制备流程图以及结构示意图；

图2为本发明中复合微米线的制备流程图以及结构示意图；

图3为本发明中金属支撑网的结构示意图；

图4为本发明中利用核壳结构纳米颗粒、复合微米线与金属支撑网经电磁核壳压制制备预成型焊片的示意图；

图5为将本发明中预成型焊片应用于封装互连结构的示意图，图中1为铜带、2为SiC芯片、3为上铜层、4为陶瓷基板、5为下铜层，6为heatsink散热器、7-1为第一预成型焊片、7-2为第二预成型焊片、7-3为第三预成型焊片；

图6为采用本发明中预成型焊片能够防止芯片倾斜的机理图。

具体实施方式

本发明提供了一种预成型焊片，由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成；

所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成；

所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜；

所述复合微米线包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层。

本发明提供的预成型焊片由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成，所述核壳结构纳米颗粒与复合微米线的质量比优选为1：1.5~2.5，更优选为1：1.7~2.3，进一步优选为1：2。本发明将核壳结构纳米颗粒与复合微米线复配使用，有利于增强焊接后形成的铜烧结三维网状结构间的互连强度；其中，若仅将核壳结构纳米颗粒填充至金属支撑网孔隙中，采用所得焊片进行焊接时，在核壳结构纳米颗粒扩散过程中会发生体积收缩，形成较大的孔洞导致较高的孔隙率；若仅将复合微米线填充至金属支撑网孔隙中，复合微米线尺寸较大，表面能较低，焊接时需要较高的活化能才能保证复合微米线之间的颗粒扩散形成烧结颈，难以保证焊接后的致密化程度。本发明将核壳结构纳米颗粒与复合微米线复配使用，一方面复合微米线作为三维支撑结构可以填充核壳结构纳米颗粒体积收缩所引起的较大孔洞，另一方面核壳结构纳米颗粒较高的活化能弥补了复合微米线原子间扩散所需的活化能，在复合微米线之间起到微连接的作用，保证经最终所得预成型焊片焊接后的器件在高温服役条件下具有良好的可靠性。

在本发明中，所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜（如图1所示）。在本发明中，所述铜纳米颗粒的粒径优选为50~800nm，更优选50~300nm，进一步优选为50~100nm。在本发明中，所述第一金属层的厚度优选为10~90nm，更优选为30~70nm，进一步优选为40~50nm；所述第一金属层的材质优选包括银、金、锡、镍或锑，更优选为银。在本发明中，所述有机薄膜的厚度优选为100~600nm，更优选为200~550nm，进一步优选为300~500nm；所述有机薄膜的材质优选包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和纤维素中的一种或多种，更优选为聚乙二醇；所述纤维素优选包括甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、羧基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基纤维素中的一种或多种。

在本发明中，所述复合微米线优选包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层（如图2所示，具体是以第二金属层的材质为银为例）。在本发明中，所述铜微米芯材的直径优选为100~800μm，更优选为300~600μm，进一步优选为450~500μm。在本发明中，所述第二金属层的材质优选包括银、金或锡，更优选为银；所述第二金属层的厚度优选为10~90μm，更优选为30~70μm，进一步优选为40~50μm。

在本发明中，所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成，所述金属丝的直径优选为1~10mm，更优选为1~8mm，进一步优选为1~5mm；所述金属丝的材质优选包括铜、金或银，更优选为铜。在本发明中，所述金属支撑网的孔隙尺寸优选为0.5~8mm，更优选为3~8mm，进一步优选为5~7mm。本发明对所述金属支撑网的形状没有特殊限定，优选为矩阵状、房梁状、蜂窝状和波浪状中的一种或多种，更优选为矩阵状、房梁状、蜂窝状或波浪状，如图3所示，图3中的a）~d）依次为矩阵状、房梁状、蜂窝状与波浪状。

本发明提供了上述技术方案所述预成型焊片的制备方法，包括以下步骤：

将核壳结构纳米颗粒与复合微米线填充至金属支撑网的孔隙中，进行电磁核壳压制，得到所述预成型焊片。

在本发明中，若无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员熟知的方法制备得到。

本发明首先制备核壳结构纳米颗粒、复合微米线以及金属支撑网，下面进行详细说明。

在本发明中，所述核壳结构纳米颗粒的制备方法优选包括以下步骤：

提供铜纳米颗粒，在所述铜纳米颗粒的表面制备第一金属层，然后在所述第一金属层的表面制备有机薄膜，得到所述核壳结构纳米颗粒。

在本发明中，所述铜纳米颗粒的制备方法优选包括以下步骤：将第一铜前驱体、表面活性剂、分散剂、第一还原剂与水混合，经第一还原反应，得到所述铜纳米颗粒。在本发明中，所述第一铜前驱体优选包括硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和乳酸铜中的一种或多种，更优选为硝酸铜；所述表面活性剂优选包括辛酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十七烷酸、硬脂酸、二十烷酸、二十二烷酸以及二十四烷酸中的一种或多种，更优选为十二烷酸；所述分散剂优选包括乙二醇、乙醇、二乙醇、三乙醇、异丙醇、辛醇、己醇、松油醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙烯二甲基乙酰胺、1-十三烷醇、2-十三醇、3-十三烷醇、4-十三烷醇、5-十三烷醇、6-十三醇和异十三烷醇中的一种或多种，更优选为乙二醇；所述第一还原剂优选包括NaHPO₂、抗坏血酸、异抗坏血酸和类胡萝卜素中的一种或多种，更优选为抗坏血酸；所述水优选为去离子水。在本发明中，所述第一铜前驱体、表面活性剂、分散剂与还原剂的质量比优选为2：0.18~0.22：0.45~0.55：0.14~0.18，更优选为2：0.2：0.5：0.16；所述第一铜前驱体与水的用量比优选为2g：450~550mL，更优选为2g：500mL。在本发明中，所述第一还原反应的温度优选为90~180℃，更优选为110~150℃，进一步优选为120~130℃；时间优选为10~120min，更优选为30~80min，进一步优选为50~60min；所述第一还原反应优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为400~800rpm，更优选为600rpm。所述第一还原反应后，本发明优选将所得物料进行固液分离，将所得固体物料进行洗涤，得到所述铜纳米颗粒；所述固液分离的方式优选为离心分离，所述离心分离的转速优选为600~1200rpm，更优选为1000rpm；时间优选为10~30min，更优选为15~20min。在本发明中，所述洗涤所用试剂优选为乙醇，具体为无水乙醇。

在本发明中，在所述铜纳米颗粒的表面制备第一金属层以及有机薄膜的方法优选包括以下步骤：将所述铜纳米颗粒与含有第一金属层对应金属离子的电镀液混合，进行电镀，在所述铜纳米颗粒的表面形成第一金属层；之后向所述电镀液中加入有机薄膜对应的有机高分子化合物，经包覆处理，在所述第一金属层的表面形成有机薄膜，得到所述核壳结构纳米颗粒。本发明对所述铜纳米颗粒与电镀液的用量比没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的用量比即可。在本发明中，以第一金属层的材质为银为例，所述电镀液优选为硝酸银水溶液，所述硝酸银水溶液的浓度优选为0.04~0.06mol/L，更优选为0.05mol/L。在本发明中，所述电镀优选在电解装置中进行；所述电镀的时间优选为3~12min，更优选为4~6min；电流优选为0.001~0.1A，更优选为0.01~0.1A。在本发明中，以所述有机薄膜的材质为聚乙二醇为例，电镀完成后，具体是向所述电镀液中加入聚乙二醇进行包覆处理；所述聚乙二醇与铜纳米颗粒的质量比优选为1：1.8~2.2，更优选为1：2。在本发明中，所述包覆处理优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为300~500rpm，更优选为400rpm；时间优选为5~15min，更优选为10min。所述包覆处理后，本发明优选将所得料液进行固液分离，将所得固体物料依次进行洗涤和干燥，得到所述核壳结构纳米颗粒。在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心；所述离心的转速优选为1800~2200rpm，更优选为2000rpm；时间优选为50~70min，更优选为60min。在本发明中，所述洗涤优选包括依次进行乙醇洗涤与水洗涤；所述乙醇洗涤所用乙醇优选为无水乙醇，所述水洗涤所用水优选为去离子水。在本发明中，所述干燥的温度优选为30~50℃，更优选为35~40℃；时间优选为22~26h，更优选为24h；所述干燥优选为真空干燥。

在本发明中，所述复合微米线的制备方法优选包括以下步骤：

提供铜微米线，在所述铜微米线表面制备第二金属层，得到所述复合微米线。

在本发明中，所述铜微米线的制备方法优选包括以下步骤：将第二铜前驱体、第二还原剂与水混合，进行第二还原反应，得到所述铜微米线。在本发明中，所述第二铜前驱体的可选种类优选与第一铜前驱体的可选种类一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第二还原剂优选包括十八胺、葡萄糖、十一胺、十二烷胺、十三烷胺、十四烷胺、十五烷胺、十六烷胺、十七烷胺、十八烷胺、异己胺、2-乙基己胺和叔辛胺中的一种或多种，更优选为十八烷胺。在本发明中，所述水优选为去离子水。在本发明中，所述第二铜前驱体、第二还原剂与水的用量比优选为2g：0.45~0.55g：450~550mL，更优选为2g：0.5g：500mL。在本发明中，所述第二还原反应的温度优选为100~250℃，更优选为120~200℃，进一步优选为140~150℃；时间优选为24~240h，更优选为36~100h，进一步优选为40~48h；所述第二还原反应优选在高温反应釜中进行。所述第二还原反应后，本发明优选将所得料液进行固液分离，将所得固体物料依次进行洗涤和干燥，得到所述铜微米线。在本发明中，所述固液分离的方式优选为过滤。在本发明中，所述洗涤所用试剂优选为乙醇，更优选为无水乙醇。在本发明中，所述干燥的温度优选为30~50℃，更优选为35~40℃；时间优选为12~26h，更优选为20~24h。

本发明对在所述铜微米线表面制备第二金属层的方法没有特殊限定，能够得到厚度满足要求的第二金属层即可。在本发明中，以所述第二金属层的材质为银为例，在所述铜微米线表面制备所述第二金属层的方法优选包括以下步骤：

将铜微米线、银前驱体、胺配体与叔丁醇-水复合溶剂混合，依次经加热处理、冷冻处理与真空冷冻干燥，得到所述复合微米线。在本发明中，所述银前驱体中银原子与胺配体中氮原子的摩尔比优选为1~10：1~10，更优选为10：1~5。在本发明中，所述银前驱体优选包括氧化银、硝酸银、醋酸银、草酸银、乳酸银、柠檬酸银和碳酸银中的一种或多种，更优选为氧化银；所述胺配体包括己胺、庚胺、辛胺、壬胺、二甲胺、甲乙胺、二乙胺、甲丙胺、二丙胺、二异丙胺、二丁胺、乙二胺、二甲基乙二胺、二乙基乙二胺、丙二胺、丁二胺、1,7-庚二胺、己二胺、乙醇胺和异丙醇胺中的一种或多种，更优选为丁二胺。在本发明中，所述铜微米线、银前驱体与叔丁醇-水复合溶剂的质量比优选为1~2.5：0.1~0.2：3~8，更优选为1：0.15：3~5。在本发明中，所述叔丁醇-水复合溶剂中叔丁醇与水的体积比优选为3：6~8，更优选为3：7。在本发明中，所述铜微米线、银前驱体、胺配体与叔丁醇-水复合溶剂混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为100~1000rpm，更优选为600rpm；时间优选为10~20min，更优选为10~15min。在本发明中，所述加热处理的温度优选为28~35℃，更优选为30℃；保温时间优选为25~35min，更优选为30min；所述加热处理的过程中，体系中生成银纳米颗粒并包覆在所述铜微米线表面。在本发明中，所述冷冻处理的温度优选为-30~-10℃，更优选为-30~-20℃；时间优选为22~26h，更优选为24h；本发明优选进行冷冻处理，以便于顺利进行后续真空冷冻干燥。在本发明中，所述真空冷冻干燥的真空度优选为1~10Pa，更优选为1~5Pa；温度优选为-30~0℃，更优选为-30~-20℃；时间优选为24~48h，更优选为36h；所述真空冷冻干燥优选在冷冻干燥机中进行。

本发明对所述金属支撑网的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法能够得到所需形状与尺寸的金属支撑网即可，例如可以采用3D打印技术制备所述金属支撑网。

得到核壳结构纳米颗粒、复合微米线以及金属支撑网后，本发明将所述核壳结构纳米颗粒与复合微米线填充至金属支撑网的孔隙中，进行电磁核壳压制，得到所述预成型焊片。在本发明中，所述电磁核壳压制的条件包括：步长优选为390~410V，更优选为400V；电压优选为2000~2400V，更优选为2200V。本发明优选将核壳结构纳米颗粒、复合微米线以及金属支撑网置于电磁核壳压制装置的模具型腔中，在上述条件下进行所述电磁核壳压制，之后脱模即得到所述预成型焊片。

本发明提供了上述技术方案所述预成型焊片或上述技术方案所述制备方法制备得到的预成型焊片在功率电子器件封装中的应用。在本发明中，所述功率电子器件具体可以为车规级主驱逆变SiC塑封模块。本发明对所述预成型焊片的具体应用方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的应用方式即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将2g硝酸铜（0.01mol）溶于500mL去离子水中，然后将0.2g十二烷酸、0.5g乙二醇和0.16g抗坏血酸加入到所得硝酸铜溶液中，在600rpm转速搅拌条件下，在油浴中于120℃加热60min，然后在1000rpm转速条件下离心20min，收集固体物料用无水乙醇洗涤，得到粒径为50~100nm的铜纳米颗粒；将2g所述铜纳米颗粒加入到电解装置中，然后加入500mL浓度为0.05mol/L的硝酸银水溶液，在电流为0.1A条件下电镀6min，使所述铜纳米颗粒表面包覆厚度为50nm的银镀层，待电镀完全后，将1g聚乙二醇加入到硝酸银水溶液中，在400rpm转速条件下搅拌10min，使所述银镀层表面包覆厚度为500nm的聚乙二醇薄膜；之后在2000rpm转速条件下离心60min，收集固体物料依次用无水乙醇与去离子水洗涤，然后在真空烘箱中于40℃干燥24h，得到核壳结构纳米颗粒（如图1所示）；

将2g硝酸铜（0.01mol）溶于500mL去离子水中，然后将0.5g十八胺加入所得硝酸铜溶液中，充分搅拌混合均匀，在高温反应釜中于150℃条件下反应48h，反应完成后将所得料液进行过滤，将所得固体物料采用无水乙醇洗涤，之后在35℃条件下干燥24h，得到直径为450μm的铜微米线；将1g所述铜微米线分散至3g叔丁醇-水复合溶剂（叔丁醇与水的体积比为3：7）中，然后加入0.5g丁二胺和0.15g氧化银，在600rpm转速条件下搅拌10min使二者充分分散在所述铜微米线表面，之后在30℃条件下加热30min生成银纳米颗粒并包覆在所述铜微米线表面形成厚度为50μm的银包覆层，将所得料液在-30℃冷冻24h，然后在真空度为1Pa且温度为-30℃的冷冻干燥机内干燥36h，获得复合微米线，记为Ag@Cu微米线（如图2所示）。

利用3D打印制备具有矩阵结构的三维铜支撑网，所述三维铜支撑网具体是由直径为1mm的铜丝形成，所述三维铜支撑网中孔隙的长与宽均为5mm（如图3中的a）所示），将所述核壳结构纳米颗粒与Ag@Cu微米线按照质量比为1：2的比例连同所述三维铜支撑网置于电磁核壳压制装置的模具型腔中，以400V为步长，在2200V电压条件下进行电磁核壳压制，之后脱模得到预成型焊片（如图4所示）。

实施例2

按照实施例1的方法制备预成型焊片，不同之处在于本实施例中所述核壳结构纳米颗粒与复合微米线的质量比为1：1.5。

实施例3

按照实施例1的方法制备预成型焊片，不同之处在于本实施例的核壳结构纳米颗粒的银镀层厚度为90nm，且铜微米线表面的银包覆层厚度为90nm。

应用例1

将实施例1~3制备的所述预成型焊片应用于电力电子器件的封装互连结构中，自上而下依次包括铜带（clip）1、SiC芯片2、覆铜基板（AMB基板，包括陶瓷基板4、设置在所述陶瓷基板4上表面的上铜层3与设置在所述陶瓷基板4下表面的下铜层5）以及heatsink散热器6，具体是在所述SiC芯片2的上表面、上铜层3的上表面以及heatsink散热器6的上表面分别贴装所述预成型焊片（即分别对应第一预成型焊片7-1、第二预成型焊片7-2、第三预成型焊片7-3），之后在250℃条件下于氮气氛围中进行无压烧结2h，得到如图5所示的封装互连结构。

采用实施例1中预成型焊片形成的封装互连结构无SiC芯片焊接倾斜问题。如图6所示，图6中的A采用传统SAC305焊片，在焊接过程中回流为粘塑性液体，分布不均匀，导致SiC芯片移动倾斜；图6中的B采用本发明中预成型焊片，所述预成型焊片中设置有三维铜支撑网，在焊接过程中，所述三维铜支撑网起到支撑作用，保证SiC芯片在回流时中无倾斜问题。

将图5所示的封装互连结构在250℃条件下分别进行200h、500h、800h、1000h高温老化存储实验，之后针对SiC芯片2与上铜层3之间连接层部位（即第二预成型焊片7-2所在部位）进行剪切力测试，具体是将样品固定于Dage剪切力测试仪的固定夹具上，控制Dage剪切力测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从Dage剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力，具体数据如表1所示。

表1 采用实施例1~3中预成型焊片制备的封装互连结构的性能测试结果

由表1可知，采用实施例1~3中预成型焊片的封装互连结构在进行1000h高温老化存储后，剪切力仍然能够保持在60MPa以上，说明利用本发明提供的预成型焊片焊接后器件在高温服役条件下具有良好的可靠性，能够满足SiC模块在高温（210~250℃）服役下的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种预成型焊片，其特征在于，由金属支撑网、填充在所述金属支撑网孔隙中的核壳结构纳米颗粒与复合微米线经电磁核壳压制而成；

所述金属支撑网由毫米级的金属丝形成；

所述核壳结构纳米颗粒包括铜纳米颗粒、包覆在所述铜纳米颗粒表面的第一金属层以及包覆在所述第一金属层表面的有机薄膜；

所述复合微米线包括铜微米芯材以及包覆在所述铜微米芯材表面的第二金属层。

2.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于，所述金属丝的直径为1~10mm，所述金属丝的材质包括铜、金或银。

3.根据权利要求1或2所述的预成型焊片，其特征在于，所述金属支撑网的孔隙尺寸为0.5~8mm。

4.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于，所述铜纳米颗粒的粒径为50~800nm，所述第一金属层的厚度为10~90nm，所述有机薄膜的厚度为100~600nm。

5.根据权利要求1或4所述的预成型焊片，其特征在于，所述第一金属层的材质包括银、金、锡、镍或锑，所述有机薄膜的材质包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和纤维素中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的预成型焊片，其特征在于，所述纤维素包括甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、羧基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基纤维素中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于，所述铜微米芯材的直径为100~800μm；所述第二金属层的厚度为10~90μm，所述第二金属层的材质包括银、金或锡。

8.根据权利要求1所述的预成型焊片，其特征在于，所述核壳结构纳米颗粒与复合微米线的质量比为1：1.5~2.5。

9.权利要求1~8任一项所述预成型焊片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将核壳结构纳米颗粒与复合微米线填充至金属支撑网的孔隙中，进行电磁核壳压制，得到所述预成型焊片。

10.权利要求1~8任一项所述预成型焊片或权利要求9所述制备方法制备得到的预成型焊片在功率电子器件封装中的应用。