[发明专利]一种用于低温快速连接的预烧结纳米网络银膜制备及封装方法

说明书

本专利提出了一种低温快速连接的预烧结纳米网络银膜制备及封装方法，其制备方法包括，S1:制备特定尺寸的纳米银颗粒；S2:将纳米银颗粒溶解于有机溶剂，并对其进行化学剪薄；S3:将所得纳米银沉淀与粘结剂，分散剂和有机溶剂按照一定比例进行机械混合，得到纳米银膏；S4:使用钢网印刷或涂布等方式将银膏在柔性基板上印刷成膜，并在加热后得到预烧结纳米网络银膜。该纳米网络银膜解决了传统纳米银焊膏无法实现大面积焊点的快速制备的问题，同时克服了普通银膜中银颗粒烧结性能差的缺点。本发明简化了纳米银焊点的烧结工艺，获得接头性能良好且无钎剂残留，过程绿色环保，可作为新一代大尺寸高功率芯片封装的互连材料。

技术领域

本发明涉及电子封装领域，更具体地，涉及一种用于低温快速连接的预烧结纳米网络银膜的制备及封装方法。

背景技术

在电子电力领域中，器件往往需要承载较大的开关电流、电压，能量密度以及长期服役可靠性，IGBT模块作为其核心，往往需要兼具优良的散热、导电以及机械性能，这对器件封装提出了较为苛刻的要求。传统的IGBT模块使用压接成型，该方法的优势在于通过机械压合，器件具有较好的力学可靠性，操作简单，无需考虑焊接各参数以及焊点组织演化带来的服役可靠性问题。然而随着器件集成度增加，压接成型带来的高接触电阻及热阻已经无法满足器件要求。

锡基钎料是早期用于IGBT钎焊封装的解决方案，然而传统钎料较低的重溶温度及较低的热导率同样不适用于大功率IGBT芯片的长期可靠服役。尤其近年来以SiC为代表的宽禁带半导体材料，可在高于350℃的条件下稳定工作，对软钎焊互连提出了更大的挑战。研究人员开发出纳米银膏材料，利用纳米的低温烧结高温服役特性，为大功率高密度的芯片封装提出了新的解决思路。然而对于大尺寸芯片封装，纳米银膏存在中心焊点溶剂挥发受阻、包覆层难以分解的问题，无法实现大面积高可靠性、高导热率的焊点成型；此外，烧结银膏焊点性能还依赖于印刷工艺、烘干工艺和较长的烧结时间，并不适用与大范围的工业推广。

例如现有技术CN106783768A公开了一种预成型纳米银膜，其各组成成份及质量百分含量为：纳米银粉60-90％，成膜剂5-15％，分散剂1-5％，增塑剂1-5％，粘度调节剂1-5％，缓蚀剂1-5％，助焊剂1-5％；所述预成型纳米银膜采用流延法来进行制备。该方案的有机物成分较多，无法在焊点成型时有效分解、挥发，带来有机物残留等问题。后期可能需要结合清洗工艺进行助焊剂等有机物的去除，增加了工艺的复杂性。

另外CN106601914A一种多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形的制备方法，该方法包括：利用紫外光刻工艺制备具有特殊形貌的单元组成的二维阵列结构，形成聚合物掩膜；通过抗坏血酸AA修饰的高产率银纳米板溶液实现单分散银纳米板在衬底的密集自组装；通过显影液去除聚合物掩膜，在衬底上形成图案化自组装银纳米板阵列；通过物理或化学方法去除衬底上的银纳米板包裹；最后通过续生长形成(准)连续的多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形。该方案主要提出了一种基于模板法制备纳米图形的方法，可制得较为精细的二维图案，然而模板法存在价格高昂，产量低等问题。并不适用于封装材料行业的大规模应用。

发明内容

针对上述问题，本发明创新性地提出预烧结纳米网络银膜制备方法及快速烧结方案，通过预烧结成型，去除了焊膏中的有机溶剂同时几乎不损失纳米银的烧结性能，可用于大面积高功率芯片封装。相比于传统纳米银烧结，该封装方法可在短时间内实现高导热、高强度、高可靠性的互连焊点成型。

本发明通过以下技术方案实现，一种可用于低温快速连接的预烧结纳米网络银膜的制备方法，包括以下步骤：

S1:制备特定尺寸的表面有包覆层的纳米银颗粒；

S2:将表面有包覆层的纳米银颗粒使用超声搅拌溶解于有机溶剂，使用含饱和金属盐浓度的有机溶剂对其进行絮凝、离心，将上述方法重复多次后，获得包覆层化学剪薄后的纳米银沉淀；

S3:将所得纳米银沉淀与粘结剂，分散剂和有机溶剂按照一定比例进行机械混合，得到纳米银膏；