[发明专利]高功率模块的制备方法

说明书

一种高功率模块的制备方法，其是以非接触式探针配合电压量测自动回馈方式，将银基奈米浆料涂布在散热基板上，而该银基奈米浆料包含含有作为主银粒子且表面具有机酸保护的奈米银粒子和作为副银粒子的微米银粒子的银基金属粒子；对银基奈米浆料进行加温后将IC芯片放置于该银基奈米浆料上方形成一组合对象；最后利用热压机对该组合对象进行热压接合制程，烧结该银基奈米浆料，以形成该IC芯片与该散热基板的热接口材料层。藉此，所得热接口材料在完成热处理后仅含少量有机物，且99％以上为纯银，故长时间使用下将无有机挥发物产生，且高温下相当稳定，不会产生任何介金属化合物，从而不会有因制程(环境)温度而脆化的问题。

技术领域

本发明有关于一种高功率模块的制备方法，尤指一种含有两种不同尺寸的银粒子的银基奈米浆料，特别是指搭配全新非接触式探针点胶技术进行涂布而可避免破坏基板，并经热压烧结后形成的热接口材料。

背景技术

近年环保意识抬头，无铅电子封装材料将为未来环保趋势，故目前商用的硅基高功率模块的热接口材料(thermal interface materials,TIM)主要是以锡银铜(Sn-Ag-Cu)合金为封装材料。然而，次世代高功率模块将以碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)为主要材料，且工作温度高于150℃。在此高温下，锡银铜合金容易形成易脆裂的介金属化合物。而高功率模块在长时间的热循环下所累积的剪应力将会导致此介金属化合物的破裂，进而使得模块因散热不良而失效。

参考数百笔专利后，统整现有技术如下：

1.作为焊接用途：为减少铅、镉等危害物质的用量，发明一种无铅焊料合金，以锌(Zn)作为主成份及铝(Al)作为合金金属制成，并将其用于机械连接或电子应用中。简言之，包含锌作为主成分及铝作为合金金属的无铅共晶焊料合金。

2.用于太阳能及接合：制作焊接合用层合体，由金属奈米粒子烧结体层(含有平均粒径为1μm～100nm的银奈米粒子)、黏结剂层、含有金属氧化物粒子的障壁层、及金锡(Au-Sn)合金焊料所构成的焊接合层构成。此接合体可为光电转换的组件，作为太阳能电池使用。简言之，焊接合用层合体及接合体。

3.作为电极用途：一种导电银胶(Conductive Silver Paste)，其包含微米级银粉、银盐、氨基苯酚型环氧化合物及固化剂，藉由合并采用银盐及氨基苯酚型环氧化合物，在较低制造成本下，使其同时兼具良好作业性与高导电度的特性。简言之，导电银胶与导电银层。

4.用于太阳能及电极：此用于形成电极的银胶组成物包括银粉、玻璃烧结粉、有机黏结剂、以及碳黑；其有良好的印刷适性、优秀的电性质、以及能量转换效率，可用于太阳能电池的电极。简言之，用于形成电极的银胶组成物及其制备方法。

由上述可知，目前相关产业现况为喷胶、无热压、非奈米级银胶、以及银含量小于90％。其中喷胶应用针式点胶转移技术，以探针将浆料带出，藉由探针接触散热基板以完成浆料涂布，目前已有相关技术。但此探针式点胶为接触式点胶技术，容易因散热基板表面高低差过大而有破坏基板及基板表面涂层的情形发生，以致影响日后的电路焊锡零件蚀刻作业，并在长时间使用下促使探针损坏机率高，导致制程成本提高。

面对目前最为广泛用于电子封装产业的异质接合材料为铅锡合金两种。由于铅会破坏人类神经系统以及妨碍胎儿发育，故目前世界各国正努力寻找无铅接合材料。然而，无铅焊锡主要成份为锡银铜合金，该合金在高温环境下易形成介金属化合物(Cu₆Sn₅与Cu₃Sn)，一旦此介金属化合物形成后，接点在高温下(＞150℃)的机械强度则降为原来的三分之一，且在长时间的热循环下容易形成孔洞，使得接合强度更为脆弱。再者，当孔洞形成后，增加高功率模块内部散热鳍片与功率集成电路(integrated circuit,IC)组件的接口热阻，导致散热不易，最终使得高功率模块热失效。故，一般无法符合使用者于实际使用时所需。

发明内容