本發(fā)明涉及第三代半導(dǎo)體功率器件封裝，尤其是涉及一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前電子信息技術(shù)發(fā)展迅速，半導(dǎo)體器件不斷向大功率、高集成、小型化方向發(fā)展。尤其在大功率器件應(yīng)用領(lǐng)域，例如航空航天、電子通信、電網(wǎng)的逆變轉(zhuǎn)換以及新能源汽車的電源模塊中，功率器件的工作環(huán)境更加嚴(yán)苛，負(fù)載電流密度更大，需要長(zhǎng)期在嚴(yán)苛的環(huán)境服役，并保持性能的穩(wěn)定性。以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有功率密度大、擊穿電壓高、電子遷移率高以及介電常數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行更加高效的運(yùn)算，在嚴(yán)酷復(fù)雜的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，因此在一些大功率器件中得到廣泛應(yīng)用。

2、第三代半導(dǎo)體材料制備的功率芯片工作效率更高、功率更大，但服役過程中產(chǎn)生的熱量也比傳統(tǒng)硅基芯片更多，會(huì)造成器件工作溫度的升高。隨著功率器件性能的不斷提升，對(duì)芯片封裝界面材料的要求更高，即高溫條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定服役以及快速散熱能力。

3、納米銀燒結(jié)技術(shù)因其低溫?zé)Y(jié)、高溫服役的性能，成為了目前大功率半導(dǎo)體器件封裝的優(yōu)異選擇。但納米銀顆粒的制備需要較為復(fù)雜的工藝，包括納米化處理、表面穩(wěn)定化等。此外，銀納米顆粒的穩(wěn)定性和分散性需要特殊的技術(shù)保證，增加了材料和工藝成本。因此，面向功率器件封裝的低成本、高可靠性芯片連接材料亟待開發(fā)。

4、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片及其制備方法和應(yīng)用，該多孔銀焊片具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性，能夠提高功率器件的性能和可靠性。

2、本發(fā)明提供一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片的制備方法，包括如下步驟：

3、s1：對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理；

4、s2：在預(yù)處理后的硅片上沉積銀膜；

5、s3：對(duì)銀膜進(jìn)行等離子體氧化，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化銀膜；

6、s4：對(duì)氧化銀膜進(jìn)行等離子體還原，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的銀膜，制得用于功率器件封裝的多孔銀焊片。

7、步驟s1中，硅片可以采用直徑為4-12英寸的單面拋光硅晶片；預(yù)處理包括對(duì)硅片進(jìn)行切割、清洗等，清洗可以采用rca方法進(jìn)行。

8、具體地，清洗可以包括如下順序進(jìn)行的步驟：

9、a)將硅片浸泡于spm溶液中，浸泡后沖洗、吹干；

10、b)將硅片浸泡于sc1溶液中，浸泡后沖洗、吹干；

11、c)將硅片浸泡于sc2溶液中，浸泡后沖洗、吹干。

12、步驟a)中，spm溶液由h2so4和h2o2按(2-4)：1混合而成；浸泡時(shí)的溫度為80-130℃，浸泡時(shí)間為10-20min；采用去離子水進(jìn)行沖洗，隨后在氮?dú)庀麓蹈伞?/p>

13、步驟b)中，sc1溶液由nh3、h2o2和h2o按1：(1-2)：(5-7)混合而成；浸泡時(shí)的溫度為70-80℃，浸泡時(shí)間為5-20min；采用去離子水進(jìn)行沖洗，隨后在氮?dú)庀麓蹈伞?/p>

14、步驟c)中，sc2溶液由hcl、h2o2和h2o按1：(1-2)：(5-7)混合而成；浸泡時(shí)的溫度為70-80℃，浸泡時(shí)間為5-20min；采用去離子水進(jìn)行沖洗，隨后在氮?dú)庀麓蹈伞?/p>

15、步驟s2中，可以采用磁控濺射技術(shù)，在氬氣氛圍中在預(yù)處理后的硅片上沉積銀膜，通過控制濺射時(shí)間來精確控制銀膜的厚度；具體地，銀膜的厚度可以為50-500nm。

16、步驟s3中，等離子體氧化條件包括：采用o2等離子體進(jìn)行氧化；等離子體的功率為2-20w，例如為6.8-10.5w；壓力為0.1-1.0torr，例如為0.5torr；等離子體氧化時(shí)間為1-60min，例如為10-15min。將沉積的銀膜暴露于o2等離子體中，通過調(diào)整等離子體的功率、壓力和等離子體氧化時(shí)間實(shí)現(xiàn)銀膜的氧化，進(jìn)而形成具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化銀膜；相較于化學(xué)蝕刻等其它方式形成的多孔結(jié)構(gòu)，氧化銀膜多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布可以通過等離子體條件(功率、壓力、時(shí)間)實(shí)現(xiàn)精確控制。

17、步驟s4中，等離子體還原條件包括：使用h2/ar等離子體進(jìn)行還原，h2/ar等離子體中h2的體積含量為1-100％；等離子體的功率為2-20w，例如為18w；壓力為0.1?-1.0torr，例如為0.5torr；等離子體還原時(shí)間為1-60min，例如為3-5min。采用h2/ar等離子體對(duì)氧化銀膜進(jìn)行還原處理，以去除氧化物并恢復(fù)銀膜的金屬性能。

18、本發(fā)明還提供一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片，按照上述制備方法制得。

19、本發(fā)明還提供多孔銀焊片在功率器件封裝中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明的實(shí)施，至少具有以下優(yōu)勢(shì)：

21、1、優(yōu)異的導(dǎo)電性：多孔銀焊片的特定多孔結(jié)構(gòu)增加了焊片的表面積，提高了導(dǎo)電性能。

22、2、良好的熱導(dǎo)性：多孔銀焊片的特定多孔結(jié)構(gòu)有助于熱量的快速擴(kuò)散，提高了熱導(dǎo)性能。

23、3、增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度：多孔銀焊片的特定多孔結(jié)構(gòu)提供了更好的機(jī)械穩(wěn)定性，增強(qiáng)了焊片的抗疲勞性能。

24、4、成本效益：多孔銀焊片的制備方法簡(jiǎn)單，原料易得，能大規(guī)模生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本；多孔銀焊片適用于功率器件的封裝，能夠提高功率器件的性能和可靠性，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，預(yù)處理包括清洗；清洗包括如下順序進(jìn)行的步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中，spm溶液由h2so4和h2o2按(2-4)：1混合而成；浸泡時(shí)的溫度為80-130℃，浸泡時(shí)間為10-20min。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中，sc1溶液由nh3、h2o2和h2o按1：(1-2)：(5-7)混合而成；浸泡時(shí)的溫度為70-80℃，浸泡時(shí)間為5-20min。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟c)中，sc2溶液由hcl、h2o2和h2o按1：(1-2)：(5-7)混合而成；浸泡時(shí)的溫度為70-80℃，浸泡時(shí)間為5-20min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，銀膜的厚度為50-500nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，等離子體氧化條件包括：采用o2等離子體進(jìn)行氧化；等離子體的功率為2-20w，壓力為0.1-1.0torr，等離子體氧化時(shí)間為1-60min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，等離子體還原條件包括：使用h2/ar等離子體進(jìn)行還原，h2/ar等離子體中h2的體積含量為1-100％；等離子體的功率為2-20w，壓力為0.1-1.0torr，等離子體還原時(shí)間為1-60min。

9.一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片，其特征在于，按照權(quán)利要求1-8任一所述的制備方法制得。

10.權(quán)利要求9所述的多孔銀焊片在功率器件封裝中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于功率器件封裝的多孔銀焊片及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的多孔銀焊片的制備方法，包括如下步驟：S1：對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理；S2：在預(yù)處理后的硅片上沉積銀膜；S3：對(duì)銀膜進(jìn)行等離子體氧化，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化銀膜；S4：對(duì)氧化銀膜進(jìn)行等離子體還原，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的銀膜，制得用于功率器件封裝的多孔銀焊片。本發(fā)明制備得到的多孔銀焊片具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性，能夠提高功率器件的性能和可靠性；本發(fā)明的多孔銀焊片適用于功率器件的封裝，制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、能大規(guī)模生產(chǎn)，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：賈強(qiáng),馮夢(mèng),王乙舒,郭福
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15