[发明专利]一种纳米银焊膏连接裸铜DBC的功率模块制作方法

说明书

本发明涉及一种纳米银焊膏连接裸铜DBC的功率模块制作方法，包括清洗工艺、焊膏印刷工艺、贴片工艺和烧结工艺；清洗工艺采用超声波振荡实现对裸铜DBC的清洗，焊膏印刷工艺采用钢网印刷实现纳米银焊膏的印刷，纳米银印刷两次；贴片工艺采用贴片机贴片；烧结工艺采用真空回流炉烧结，得到甲酸无氧气氛，并控制烧结温度和升温速率。既能实现纳米银焊膏和裸铜DBC的致密化连接，又能防止裸铜DBC氧化。本发明无需特制设备，处理工序方便易行，工艺简单，适用于通过纳米银焊膏实现功率芯片与裸铜衬底或敷铜基板间的连接，保证了后续引线键合的可靠性，提高了功率模块的可靠性，极大的促进了纳米银焊膏在功率半导体模块封装中的应用。

技术领域

本发明涉及一种纳米银焊膏连接裸铜DBC的功率模块制作方法，属于高温功率电子模块封装制造领域。

背景技术

传统功率模块的芯片连接材料采用的是焊料合金，它们的熔点一般低于300℃。这种焊料合金由于熔点低和易产生金属间化合物容易产生蠕变疲劳失效，尤其是在模块的高温应用环境中。所以，传统的焊料合金成为制约大功率模块高温应用的一大瓶颈。作为有前景的热界面材料，纳米银焊膏因其高的导热率(240W/m K)，高的电导率(2.6×10⁵Ω·cm^-1)，低的杨氏模量(约9～20GPa)，高的熔点(961℃)，以及高温环境条件下优异的力学性能，特别适用于高温功率模块在高温极端恶劣环境条件下的应用。随着电子焊接材料无铅化制程的不断推进，无铅化是必然趋势。纳米银焊膏有望成为高铅焊料的代替材料。

铜是高温功率电子模块封装制造领域应用最为广泛的金属材料。传统的纳米银焊膏连接采用的是镀银的覆铜陶瓷基板，然而对于纳米银连接裸铜衬底或敷铜基板而言，由于裸铜衬底或敷铜基板在空气中极易氧化，在表面形成氧化层，使纳米银不能很好的润湿基板，造成焊料层严重的空洞和分层。烧结过程空气气氛中的氧将严重氧化裸铜衬底或敷铜基板，阻碍原子之间的扩散，不能实现纳米银和裸铜衬底或敷铜基板很好的扩散连接，严重影响芯片连接的可靠性，氧化物同时影响后续的引线键合，进一步降低模块可靠性。因此开发适合纳米银连接裸铜衬底或敷铜基板间的功率模块制作方法极其重要。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明研究开发了一种纳米银焊膏连接裸铜DBC的功率模块制作方法；模块制作无需特制设备，处理工序方便易行，工艺简单，适用于通过纳米银焊膏实现裸铜衬底或敷铜基板间的连接，提高了纳米银焊膏连接裸铜衬底或敷铜基板的可靠性，极大的促进了纳米银焊膏在高温功率半导体模块封装中的应用。本发明的技术方案如下：

一种纳米银焊膏连接裸铜DBC的功率模块制作方法；其特征包括清洗工艺、焊膏印刷工艺、贴片工艺和烧结工艺。其中清洗工艺采用超声波振荡实现对裸铜DBC的清洗，焊膏印刷工艺采用钢网印刷实现纳米银的印刷，纳米银印刷两次，第一次印刷纳米银后进行预热，再进行第二次印刷，贴片工艺采用贴片机贴片，烧结工艺采用甲酸气氛的真空烧结炉烧结。清洗工艺参数包括振荡时间；焊膏印刷工艺参数包括预热温度；贴片工艺包括贴片压力；烧结工艺包括烧结温度、升温速率及烧结时间。具体步骤为：

(1)清洗工艺，先用稀盐酸清洗裸铜DBC，用超声波清洗仪振荡清洗1-5min，然后用无水乙醇清洗，用超声波清洗仪振荡清洗5-10min；

(2)焊膏印刷工艺，采用钢网印刷技术印刷纳米银，第一次印刷纳米银后在甲酸环境进行预热，再进行第二次纳米银印刷，预热温度150-230℃，保温时间20min，钢网厚度50μm；

(3)贴片工艺，采用贴片机进行对位贴片，贴片压力50-500gf，实现无空洞贴片；

(4)烧结工艺，抽真空至5mbar并通甲酸至1000mbar，烧结温度250℃，升温速率1-20℃/min，烧结时间30min，烧结连接的全程均为甲酸无氧气氛，不仅能促进纳米银的致密化连接，同时达到还原裸铜DBC基板，提高连接可靠性。