CN117334581A - 一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制备领域,具体为一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用。本发明在覆铜陶瓷基板上进行化学沉银,得到厚度为5~10μm的化学沉银层;对覆铜陶瓷基板进行贴膜操作后,采用电镀银或者焊接银焊片的方式得到镀银基板;使用电解氧化溶液对裸露处银层表面进行通电氧化,清洗、烘干后再经过热烧结得到局部氧化镀银覆铜基板。本发明制备的覆铜基板有效解决了主要解决焊层散热差、成本高、芯片无需限位等问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备领域,具体为一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用。
背景技术
随着IGBT模块对大功率要求越来越高,对其芯片的散热性能也有更高要求。覆铜陶瓷基板作为IGBT功率模块中较为重要的一环,其散热性能要求严格,然而在使用银焊膏进行焊接时本身有一定孔洞可能会导致导热不及时引起失效。
现阶段存在问题与缺点如下:(1)基板与高功率芯片之间存在较大接触热阻,散热性能无法进一步提高;(2)高功率芯片在使用银焊片时需要限位,在较高温度下浸润银焊片的有机还原剂加速挥发会导致焊片发生偏移;(3)功率器件焊接温度及压力要求较高,焊接效率低,循环可靠性差等导致功率器件提前失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用,以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用,包括以下步骤:
S1.制备所需覆铜陶瓷基板,所有覆铜表面先化学沉银得到金属层,沉银厚度为5~10μm,备用;
S2.对上述S1表面化学沉银的覆铜陶瓷基板进行贴膜操作:
使用激光裁切将薄膜裁切出通孔,作为预镀银区域,保留薄膜未裁切部位,将其贴附在覆铜陶瓷基板上按压紧实;
S3.在预镀银区域镀银或焊接银焊片,得到镀银基板;
电镀银方法为:使用铜带引出导电负极,将预镀银区域放入含Ag+溶液中,并将正极银片也放入Ag+溶液中;将负极铜带与电源负极相连接,将正极银片与电源正极相连接,接通电源后进行电镀,形成一层均匀的镀银层;
焊接银焊片方法为:取银焊片并对其进行表面处理后,焊接到预镀银区域处,浸润在有机溶剂I中,施加压力并加热焊接;
S4:对镀银基板表面进行氧化:
将铜带与电源正极连接,引出导电正极;使用石墨或者不锈钢作为导电负极,将正负极放入电解氧化溶液中,然后通电氧化至裸露处银层表面发黑,得到氧化层;
S5:使用酒精与水对上述局部氧化得到的基板表面超声清洗,烘干后转移到银烧结热压机上,蘸取有机溶剂II浸润发黑的氧化银层表面;放入贴附好芯片的样品,升温焊接得到氧化银覆铜基板。
进一步的,S1中,所述覆铜陶瓷基板为直接覆铜基板、金属钎焊基板、直接覆铝基板中的任一种。
进一步的,S1中,化学沉银厚度为5~10μm。
进一步的,S2中,通孔尺寸为(0.2~5)mm×(2~20)mm,通孔形状包括但不限于长方形。
进一步的,S3中,电镀银方法中,正极银片尺寸为(20~80)mm×(15~50)mm×(0.2~1)mm。
进一步的,S3中,电镀银方法中,镀银电源电压为5.0~10.0V,电流为0.2~0.5A;通电时间为4h;镀银层厚度为10~50μm。
进一步的,S3中,焊接银焊片方法中,有机溶剂I为乙二醇、二乙二醇等醇类中的至少一种。
进一步的,S3中,焊接银焊片方法中,施加压力为5~10MPa,加热温度为210~250℃;焊接时间为5~60min。
进一步的,S4中,通电电压为6~20V;时间为30s~300s。
进一步的,S4中,电解氧化溶液为氢氧化钠、氨水、碳酸中的一种或多种;电解氧化液的溶液浓度为0.1mol/L~5mol/L。
进一步的,S5中,有机溶剂II为乙二醇、二乙二醇中的至少一种。
进一步的,S5中,在60~150℃放入芯片;升温至200~250℃,保温时间为5~60min。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:本发明(1)提供了一种新型银烧结焊接工艺;(2)提供了一种新型局部银氧化基板;(3)提供一种覆铜基板电镀银或焊接银片增厚银表面方式。
本发明所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用,包括覆铜基板表面镀银或者焊接银片的制备,通过在表面银层进行局部氧化,使用银烧结进行芯片焊接;有效解决了主要解决焊层散热差、成本高、芯片无需限位等问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是覆铜陶瓷基板局部镀银示意图;
图2是覆铜陶瓷基板局部镀银立体示意图;
图3是芯片烧结成品结构示意图;
图中:101为覆铜陶瓷基板;102为金属层;201为铜带;202为薄膜;203为氧化层;301为芯片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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。
本发明中使用的原料及其来源如下:Ag+溶液为硝酸银;覆铜陶瓷基板为本公司自制,制备方法参照专利CN202210526380.7,一种氮化铝覆铜陶瓷基板的制备方法。
实施例1:本发明所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用,包括:
S1:在生产实验中制备所需要的覆铜陶瓷基板101,对其进行化学沉银操作得到金属层102,厚度为5μm;
S2:使用激光切割机将薄膜裁切出0.5×5mm的通孔,保留含有通孔的薄膜202贴附于制备好的覆铜基板上,然后压实薄膜202,通孔位置作为预镀银区域;
S3:使用铜带201引出导电负极,将预镀银区域放入含Ag+溶液中,正极银片(长20mm×宽50mm×厚0.25mm)也放入溶液中;将负极铜带201与电源负极相连接,正极银片与电源正极相连接,然后接通电源;在电镀过程中,银阳极中的银离子会向电解质中移动,随后被电镀到负极的物品表面上,形成一层均匀的镀银层,镀银电源电压6.0V,电流0.24A,通电4h,镀银层厚为10μm,得到镀银基板;
S4:镀银基板进行表面氧化,使用铜带201引出导电正极,然后连接至电源正极,负极使用石墨或者不锈钢,电解氧化溶液为氨水,溶液浓度为1mol/L;将正负极放入上述溶液中,然后通电氧化,通电电压为10V,时间为100s;镀银层表面明显发黑,得到氧化层203;
S5:使用酒精与水对上述局部氧化得到的基板表面超声清洗1min,将其烘干后转移到银烧结热压机上,蘸取乙二醇溶液浸润通孔发黑银表面,然后贴附好芯片301,升温至80℃放入贴附好芯片的样品并继续升温至220℃,保温10min,最后取出焊好芯片样品。
实施例2:本发明所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备及应用,包括:
S1:在生产实验中制备所需要的覆铜陶瓷基板101,对其进行化学沉银操作,得到金属层102,厚度在5μm;
S2:使用激光切割机将薄膜202裁切出0.5×5mm的通孔,保留含有通孔的薄膜202贴附于制备好的覆铜基板上,然后压实薄膜202,通孔位置作为预镀银区域;
S3:将25μm银焊片焊接到预镀银区域(银焊片制作工艺参考专利CN202211735959.0一种用于银烧结的复合焊片结构及其制备方法),具体包括将表面处理后的银焊片浸润在二乙二醇溶液中,施加5MPa压力,加热温度在220℃,焊片上方放置一片氮化铝陶瓷板,焊接10min,得到镀银基板,取出备用;
S4:对镀银基板进行表面氧化,使用铜带201引出导电正极,然后连接至电源正极,负极使用石墨或者不锈钢,电解氧化溶液氢氧化钠溶液,溶液浓度为1mol/L;将正负极放入上述溶液中,然后通电氧化,通电电压为10V,时间为100s,镀银层表面明显发黑,得到氧化层203;
S5:将上述局部氧化得到的基板使用酒精与水表面超声清洗1min,将其烘干后转移到银烧结热压机上,蘸取乙二醇溶液浸润通孔发黑银表面,然后贴附好芯片301,升温至80℃,放入贴附好芯片的样品并继续升温至220℃,保温10min,最后取出焊好芯片样品。
对比例:
S1:在生产实验中制备所需要的覆铜陶瓷基板,对其进行化学沉银操作,得到金属层,厚度在5μm;
S2:将纳米银浆料使用丝网进行印刷或者薄膜转印至预镀银区域,需要进行120~140℃高温预热10min挥发掉多余溶液,在进行贴装热压烧结芯片,并且有溢流,不适用小面积芯片。
结论:
使用推拉力,实施例和对比例中样品均能达到>40MPa;
银浆料烧结水平:对比例中使用的是纳米颗粒银,成本高于;而实施例中焊片无溢流风险,可运用在小面积及更小倒装芯片应用,比如mini芯片。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,包括以下步骤:
S1.取覆铜陶瓷基板(101),化学沉银得到金属层(102),备用;
S2.对表面化学沉银的覆铜陶瓷基板(101)进行贴膜操作,使用激光将薄膜(202)裁切出通孔,保留薄膜(202)未裁切部位,贴附在覆铜陶瓷基板(101)上按压紧实,通孔处形成预镀银区域;
S3.在预镀银区域电镀银或焊接银焊片形成镀银层,得到镀银基板;
S4.将镀银基板表面的镀银层氧化至黑色得到氧化层(203);
S5.对上述氧化得到的基板表面超声清洗,烘干后蘸取有机溶剂并浸润表面发黑的氧化银层;放入芯片(301)样品,升温焊接得到局部氧化镀银覆铜基板。
2.根据权利要求1所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:S1中,化学沉银厚度为5~10μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:S3中,电镀银的方法为使用铜带(201)引出导电负极,将预镀银区域放入含Ag+溶液中,将正极银片也放入Ag+溶液中,将负极铜带(201)与电源负极相连接,将正极银片与电源正极相连接,接通电源后进行电镀。
4.根据权利要求3所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:电镀银的电压为5.0~10.0V,电流为0.2~0.5A;通电时间为4~8h;镀银层的厚度为10~50μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:S3中,焊接银焊片的方法为取银焊片,对其表面处理后焊接到预镀银区域,浸润后施加压力并加热焊接。
6.根据权利要求5所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:浸润所用溶液为醇类溶剂;施加压力为5~10MPa;加热温度为210~250℃;焊接时间为5~60min。
7.根据权利要求5所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:银焊片由银片及两侧表面微纳米层组成,其中表面微纳米层的成分为Ag2CO3、Ag2O、AgO中的任一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:S4中镀银层氧化方法为:将铜带(201)与电源正极连接,引出导电正极;使用石墨或者不锈钢作为导电负极,将正负极放入浓度为0.1mol/L~5mol/L电解氧化溶液中,在6~20V的电压下通电氧化30s~300s;电解氧化溶液为氢氧化钠、氨水、碳酸、碳酸盐溶液中的任一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法,其特征在于:S5中,在60~150℃下放入芯片(301)样品;焊接温度为200~250℃、时间为5~60min;有机溶剂为醇类溶剂。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的一种基于银烧结用局部氧化镀银覆铜基板的制备方法制备得到的覆铜基板。
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