[发明专利]一种基于反应性膜的互连方法

说明书

本发明提供了一种基于反应性膜的互连方法，包括：S1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；S2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；S3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；S3：冷却所述反应性膜；S4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；S5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。本发明通过改变反应前驱体、刻蚀剂，还原剂的质量比，调控加热温度和时间，获得的多种纳米金属形貌，在较低烧结温度下更好地实现无压烧结。

技术领域

本发明半导体互连材料工艺技术领域，具体涉及一种基于反应性膜的互连方法。

背景技术

作为电子产品组装过程中不可或缺的组成部分，焊接可以将器件的各部分功能有效连接，而随着高功率、高密度和集成化成为电子技术发展的未来趋势，对于大功率器件的封装也提出了更高、更全面的可靠性需求。金属银是一种很有前途的电子组装材料，因为银具有很高热导率(429W/(m·K))和极佳的电性能(63MS/m)，使得它可以满足高功率密度系统的散热要求；而且银具有良好的抗蠕变和耐腐蚀性能，在电子封装互连过程中可以避免重熔现象的发生。尽管块体银的熔点比较高(961℃)，但纳米银烧结技术为银的低温烧结、高温服役提供了解决方案。由于纳米尺寸效应，纳米银颗粒的熔点和烧结温度远低于块体银，表面熔化的纳米银颗粒通过液相毛细力的作用彼此润湿和扩散，最终结合成具有与块体银相似熔点的烧结体。因此，纳米银颗粒可以在大功率器件封装中作为合金焊料的替代材料。目前，纳米银颗粒在功率半导体封装中的应用主要有2种模式：一种是直接将纳米银焊膏印刷在需要连接的基板上，然后将芯片放上去进行无压/有压烧结连接；另一种是先把纳米银焊膏涂覆在较大的芯片上，等干燥后将已涂覆焊膏的芯片切割成所需大小，然后再将芯片和基板粘接起来进行压力烧结。这2种应用模式本质上使用的都是纳米银的膏状形态，而不是预成形为片状。纳米银膜作为一种无铅的预成形焊接薄膜，它不但克服了传统合金焊料导热性差以及不能在极端条件下工作的缺陷，还同时具有纳米银焊膏所不具备的存储和使用方便性，尤其适用于电子封装领域中作为IGBT功率型芯片互连的新型焊接材料。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种基于反应性膜的互连方法，包括：

S1：混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂，获得单相反应性溶液；

S2：将单相反应性溶液涂布在柔性衬底表面，形成单相反应性膜；

S3：加热所述单相反应性膜，获得反应性膜；

所述反应性膜包括纳米金属颗粒，纳米金属线，和/或纳米金属片；

S3：冷却所述反应性膜；

S4：将芯片放置于所述反应性膜表面，获得预制件；

S5：加热转印至互连基板上得到互连器件，烧结互连器件。

优选的，控制所述反应前驱体、所述刻蚀剂、所述还原剂的质量比，及，所述加热的温度，获得不同质量比的纳米金属颗粒，纳米颗粒线，和/或纳米金属片。

优选的，所述S1中，混合金属纳米材料的反应前驱体、刻蚀剂，还原剂、包被剂、溶剂还包括：超声、振荡所述单相反应性溶液。

优选的，所述S2中，所述涂布为流延、丝网印刷、狭缝挤出的一种或多种的组合；加热所述单相反应性膜包括：在所述单相反应性膜上盖放培养皿。

优选的，所述S2中，加热条件为：温度区间为50℃～170℃，加热时间区间为30min～24h。

优选的，所述S5中，烧结的气氛为空气、氮气、氩气、氢氩混合气以及氢氮混合气，烧结温度区间在室温到250℃之间，烧结时间在20-200min之间。