[发明专利]一种用于半导体封装的固晶材料制备方法及芯片封装方式

说明书

本发明公开了一种用于半导体封装的固晶材料制备方法包括以下步骤：步骤A、将石墨烯进行氧等离子处理，得到具有含氧官能团的石墨烯PTG；步骤B、配制PTG与醋酸铜的混合溶液，得到混合溶液A；步骤C、将混合溶液A加热得到干燥混合物B；步骤D、将干燥混合物B放入真空退火炉内，并加热分解得到PTG/铜纳米颗粒；步骤E、将PTG/铜纳米颗粒添加到纳米铜粉和有机溶剂中，得到混合物C；步骤F、将混合物C放入烧结炉内烧结得到固晶材料。本申请的固晶材料在封装前预先通过高温使石墨烯与铜之间形成化学键，在与芯片和基板封装时，只需使混合物C与芯片和基板发生冶金结合即可，满足了第三代半导体封装对固晶材料高热导率、低温封装、高温服役的要求。

技术领域

本发明涉及半导体封装材料技术领域，特别是一种用于半导体封装的固晶材料制备方法及芯片封装方式。

背景技术

以GaN、SiC等宽禁带半导体材料为基础的第三代半导体技术，是新型半导体照明、射频微波器件、智能和高功率密度电力电子器件的“核芯”，可广泛用于节能照明、第五代移动通信、电动汽车、智能电网、轨道交通、新能源、智能制造、雷达探测等诸多行业，是当今消费类电子、工业控制和国防装备等领域的关键技术之一。第三代半导体技术的突破将引发科技变革，并重塑国际半导体产业格局，在经济和军事领域具有广阔和特殊的应用前景，具有极强的前瞻性和战略意义。

而目前固晶材料是第三代半导体应用于高温大功率器件、发挥其优势的瓶颈之一，亟需开发具有高导热性能、能够实现低温封装高温服役的新型固晶材料。目前一般采用合金焊料或烧结纳米银材料。但是，合金焊料因服役温度须低于其熔点而限制了在250～300℃以上高温服役。烧结纳米银因价格昂贵且有电迁移等问题，近年有被纳米铜替代的趋势。然而纳米铜因极易氧化而使烧结后的热、机、电性能较差，石墨烯可用于解决这一问题。目前，虽然有专家研究利用石墨烯提高了金属复合材料的热学和机械性能，但是其结合时的封装烧结温度过高，无法满足半导体低温封装的需要，其中半导体的低温封装温度小于300℃。如何设计构建适合低温封装、高温服役的高导热材料及相应的半导体封装方法是第三代半导体亟待解决的关键问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种用于半导体封装的固晶材料制备方法及芯片封装方式。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于半导体封装的固晶材料制备方法，包括以下步骤：

步骤A、将石墨烯进行氧等离子处理，得到氧等离子体处理石墨烯，其中所述氧等离子体处理石墨烯具有含氧官能团；

步骤B、配制氧等离子体处理石墨烯与醋酸铜的混合溶液，得到混合溶液A；

步骤C、将混合溶液A加热并搅拌至干燥，得到干燥混合物B；

步骤D、将干燥混合物B放入真空退火炉内，并在氩氢混合气氛下加热分解，得到PTG/铜纳米颗粒，其中PTG代表具有含氧官能团的氧等离子体处理石墨烯；

步骤E、将PTG/铜纳米颗粒添加到纳米铜粉及有机溶剂中，并混合均匀，得到混合物C；

步骤F、将混合物C放入烧结炉内，在氩氢混合气体的氛围下烧结，得到固晶材料。

在一个实施例中，所述固晶材料中的PTG含量为0.01wt％～1wt％。

优选的，所述固晶材料中的PTG含量为0.1wt％。

在一个实施例中，所述D的具体步骤如下：

步骤D1：以5℃每分钟的加热速率将所述干燥混合物B加热至400℃～550℃；

步骤D2：所述干燥混合物B在400℃～550℃的环境下保温0.5～3小时；

步骤D3：冷却得到PTG/铜纳米颗粒。