[发明专利]一种自支撑纳米金属片及封装方法

说明书

本发明提供了一种自支撑纳米金属片，包括金属支撑骨架和金属填充物，其中，金属填充物填充于金属支撑骨架的空隙中，金属支撑骨架与金属填充物的质量比为1：2－1：10。本发明提出的自支撑纳米银片包括金属支撑骨架，以及金属填充物，在功率模块的封装过程中，利用金属支撑骨架的自支撑能力能够实现高平整无翘曲的界面连接，可应用于需要大面积、无压或者低压连接的如封装基板与底板的互连；且自支撑纳米银片由于采用银、铜等贵金属作为导热金属，与传统的锡铅焊片相比，接触热阻大大降低。

技术领域

本发明属于半导体互连材料制备技术领域，尤其涉及一种自支撑纳米金属片及封装方法。

背景技术

基础板连接领域的广泛研究表明，均匀的焊料层厚度能够显著提高连接的可靠性，其原因是它提供了热机械应力的最佳分散。

三菱电机公司(Mitsubishi Electric Corporation)的一项题为“通过采用金属丝凸点技术控制焊料厚度来提高焊点的疲劳寿命”的研究表明，制造高度可靠的IGBT模块在动力传动电子牵引设备领域，它为了获得均匀的焊料层，必须使用厚度至少为200μm。在这些模块的设计中，必须在陶瓷基板(AlN)和基板之间进行大面积的焊接连接板材(铝合金)。不均匀焊料层厚度会导致早期模块故障，钢结构早期出现疲劳裂纹的原因为氮化铝基板与基板之间的界面焊点AlSiC基板是一个局部热应力集中区。

在以前的研究中，额外的工艺，如在基板背面进行了引线键合确保焊料层厚度的均匀性。随着新材料技术的进步，现在可以保持均匀的焊接层厚度，无需采用标准制造中的额外工艺步骤操作。此外，增强型基体保证了最终性能整个区域的焊料层厚度。低温烧结技术的兴起为高功率、高密度和集成化及大功率器件的封装提供了新方向，但目前的金属烧结技术主要应用于芯片的粘接互连，对于大尺寸基板连接还应用较少，对于大尺寸基板连接，要求更高的互连厚度及更牢固的搭接剪切强度，这对烧结银材料的设计提出了新的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自支撑纳米金属片及封装方法，旨在解决现有大尺寸功率组件之间的连接问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明第一方面提供一种自支撑纳米金属片，包括：金属支撑骨架和金属填充物，其中，所述金属填充物填充于所述金属支撑骨架的空隙中，所述金属支撑骨架与所述金属填充物的质量比为1：2－1：10。

进一步地，所述金属支撑骨架为金属线网格。

进一步地，所述金属线网格的网格形状包括三角形、四边形、五边形中的其中一种。

进一步地，所述金属填充物包括金属纳米片和金属纳米颗粒，所述金属纳米片和所述金属纳米颗粒混合设置于所述金属支撑骨架的空隙中。

进一步地，所述金属线网格、所述金属纳米片和所述金属纳米颗粒的材质包括金、银、铜中的其中一种。

进一步地，所述自支撑纳米金属片的厚度为100～250μm。

本发明第二方面提供一种封装方法，采用如上所述的自支撑纳米金属片，其特征在于，所述封装方法包括：

依次层叠设置第一功率组件、所述自支撑纳米金属片、第二功率组件，得到待连接的功率模块；

将所述待连接的功率模块放置于烧结模具中，基于所述烧结模具调节焊缝大小，在烧结气氛下经过烧结处理完成所述功率模块之间的封装。

进一步地，所述烧结气氛为空气、氮气、氩气、氢氩混合气以及氢氮混合气中的其中一种。

进一步地，所述烧结处理中的烧结温度为25℃－250℃、烧结时间为20min－200min。

进一步地，所述封装方法应用于芯片与封装基板、或底板与热沉、或封装基板与底板之间的连接。