[发明专利]一种IGBT芯片与直接覆铜基板的快速烧结连接方法及装置

说明书

本发明开发了一种IGBT芯片与直接覆铜基板的快速烧结连接方法及装置；以纳米银焊膏为中间连接层，利用直流脉冲电流加热原理实现IGBT芯片与DBC基板的快速烧结连接。将施压装置通过紧固螺栓固定在直流脉冲电流加热设备的基座上，然后将预热好的试样放置在压柱正下方，通过螺栓在加压螺纹孔中向下行进，对其下方的压柱施压，利用直流脉冲电流加热实现IGBT芯片与DBC基板的快速烧结连接。本发明工艺过程具有速度快，效率高，总能量输入小，且成本低的优点。有效阻止烧结接头中银颗粒/晶粒尺寸的过度长大及粗化，有益于烧结纳米银接头力学性能和长期服役可靠性的提高。

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片与直接覆铜(DBC)基板的快速烧结连接方法，具体地说，涉及IGBT芯片与DBC基板以纳米银焊膏为中间层的快速(传统热压烧结需要时间大于1h，而本工艺可以在3min以内实现烧结)烧结连接方法，属于材料加工领域创新型技术。特别是一种IGBT芯片与DBC基板的快速烧结连接方法及装置。

背景技术

纳米银焊膏作为一种新型的绿色无铅封装材料，其熔点高(961℃)、导电、导热性能优，可低温烧结互连(不高于250℃)。纳米银焊膏已逐步取代焊料合金和和导电银胶，成为未来半导体器件的首选高温电子封装互连材料但是IGBT芯片与DBC基板的连接工艺主要是采用热压工艺，但是由于传统热压烧结实现纳米银焊膏的烧结连接工艺比较复杂，包括烧结前需要10～20min的预热阶段，之后需要随炉缓冷，然后在加热至烧结温度并保温30～60min以实现纳米银焊膏的烧结，所以完成烧结所需时间较长(>1h)，效率较低，自动化生产装备要求高，并且长时间的高温状态下，烧结银接头的颗粒尺寸明显粗化，这不利于烧结接头的力学性能和可靠性。为简化烧结工艺，提高烧结效率。

本发明以直流脉冲电流辅助烧结机理为基础，以纳米银焊膏为中间层，创造性的利用电流加热原理实现了IGBT芯片与DBC基板的快速连接。烧结时间的缩短，不仅有利于效率的提高，也有助于抑制银颗粒在高温时段长时间的增长，使晶粒尺寸较热压工艺明显减小，有利于烧结接头的力学性能和稳定性，即获得高可靠性的烧结接接头。这能够很好地满足市场对以IGBT芯片为代表的功率半导体器件的快速封装及生产的需求。

发明内容

本发明主要解决IGBT芯片与DBC基板烧结连接时存在技术复杂且效率低的问题，提供了一种操作简单，工艺时间短，且接头导电、导热性能优异，强度可靠的IGBT芯片与DBC基板快速烧结连接方法。

本发明方法通过以下技术方案实现。

一种绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片与直接覆铜(DBC)基板的快速烧结连接方法；以纳米银焊膏为中间连接层，利用直流脉冲电流加热原理实现IGBT芯片与DBC基板的快速烧结连接。

IGBT芯片与直接覆铜基板的快速烧结连接方法步骤如下：

(1)对DBC基板进行清洗预处理，通过物理震荡的方法去除基板表面的油污；

(2)在DBC基板待连接区域表面丝网印刷上一层50μm～90μm的纳米银焊膏，然后置于90℃环境中预热20min；

(3)将施压装置通过紧固螺栓固定在直流脉冲电流加热设备的基座上，然后将预热好的试样放置在压柱正下方，通过螺栓在加压螺纹孔中向下行进，对其下方的压柱施压，利用直流脉冲电流加热实现IGBT芯片与DBC基板的快速烧结连接。

压柱施压优选0.5MPa～2MPa。直流脉冲电流优选为1.0kA～2.0kA，电流导通时间优选为90s～180s。