[发明专利]一种用于功率器件封装的全Cu3Sn化合物接头的制备方法

说明书

一种快速制备用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的方法，本发明属于电子封装技术领域，它要解决现有用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的加工工艺复杂、连接时间长、施加压力大的问题。制备方法：一、将Sn箔和Cu箔放入无水乙醇中进行超声清洗，取出后晾干，得到清洗后的Sn箔和Cu箔；二、在清洗后的Sn箔的两面涂抹助焊膏，然后将Cu箔放置在Sn箔表面，形成Cu/Sn/Cu三明治结构箔片；三、将Cu/Sn/Cu三明治结构箔片置于热压焊机工作台上，控制加热温度为250℃～400℃，钎焊时间为1s～9.9s，进行连接，连接过程中持续施加0.05MPa～0.7MPa焊接压力，焊接结束后空冷至210℃以下，即完成所述的用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的制备。本发明能够实现小压力、耐高温的封装连接，连接时间短。

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的制备方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，以SiC为代表的第三代半导体功率器件具有禁带宽、击穿电压高、功率密度大等优良特性，受到人们的广泛青睐。然而，现有Sn基钎料无法满足第三代半导体功率器件在高温环境下服役的要求。近年来，形成全金属间化合物接头是研究的热点，研究化合物的形成规律，揭示化合物的形成机理，这对所需镀层厚度的设计及其可靠性研究具有重要的工程和理论意义，可解决第三代半导体功率器件耐高温封装连接问题。

针对这些问题，最先的思路是开发出高温钎料合金。目前的高温钎料合金：高Pb钎料合金，Au-Sn钎料合金，Bi-Ag钎料合金，Zn基钎料合金，Sn-Sb钎料合金。高Pb钎料有毒，对环境污染大； Au基钎料硬度高，可加工性能差，价格昂贵，不适合进行大规模推广应用；Bi-10Ag钎料脆性大，导热导电性能差，加工性能差；Zn基钎料润湿性差，显微组织稳定性差，导电性能较差，易发生氧化；Sn-Sb钎料合金的熔点为240 ℃左右，被认为是替代Au-Sn钎料中最有发展前景的高温钎料，但是该钎料的脆性大。上述这些钎焊材料的工艺温度均大于钎料熔点，使用温度均低于钎料熔点，因此，当器件在较高的工作温度下工作时，需要较高的工艺温度，但工艺温度过高将导致器件在焊接过程中发生较大的热失效，致使残余应力较大，导致器件的可靠性降低。

纳米金属颗粒的熔点和烧结温度均比通常情况下以块体或粉末作为钎焊连接材料的工艺温度低得多，因而，使用纳米金属来实现“低温连接，高温服役”，成为纳米金属材料应用领域的新方向。其中，纳米Ag烧结工艺的烧结温度约为200℃，该烧结温度明显比纯Ag材料的熔点低，纯Ag材料的熔点为960℃，因而，纳米Ag烧结技术受到人们的普遍关注。但是纳米Ag烧结设备复杂，价格昂贵，抗电迁移性能差，易导致电路短路，严重影响电子产生的可靠性。近年来发展了瞬时液相烧结（TLPS）技术。其原理是将加热温度升高至低熔点金属以上与高熔点金属发生反应形成耐高温的金属间化合物连接层，从而实现功率芯片的“低温连接/高温服役”。

目前上述方法获得的用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的加工工艺复杂、连接时间长（几十分钟至几小时以上）、焊接压力大等特点会为器件带来可靠性隐患。因此，如何快速、高效地制备用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头，对解决电子器件耐高温封装问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对新一代高温功率芯片尤其是SiC功率芯片的封装技术需求，解决现有用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的加工工艺复杂、连接时间长、施加压力大的问题，而提供一种快速制备用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的方法。

本发明快速制备用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的方法按下列步骤实现：

一、将Sn箔和Cu箔放入无水乙醇中进行超声清洗，取出后晾干，得到清洗后的Sn箔和Cu箔；