[发明专利]用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法

说明书

本发明公开了用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法，涉及半导体封装领域。本发明使用无铅纳米银颗粒制备的纳米银浆连接功率瞬态抑制二极管芯片和导电铜框架；纳米银浆是由纳米银颗粒构成的重量百分比65‑80％的纳米银浆料以及20‑35％的添加剂混合构成的粘合载体；方法包括：清洗铜框架、纳米银浆网印、低温烧结、孔洞检验。本发明纳米银浆解决了传统焊接的二次流动性问题，充分利用纳米银的烧结完成后形成烧结银的高温特性，减少焊接二次流动产生锡丝、锡尖等问题；减少因为高温导致的芯片划片道的隐裂问题，温度低减少材料之间的热膨胀差异问题，降低产品的失效风险；有利于高可性的应用场景以及温度突变导致的气泡失效问题。

技术领域

本发明属于半导体封装领域，特别是涉及用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法。

背景技术

欧盟RoHS 2.0指令有铅Sn条款豁免，但需要对有铅焊料进行不停更新解释，并且产品限制范围越来越紧，企业之间不停签订免责条款。本发明使用纳米银+有机物的无铅焊接，将直接解决铅含量超标的环保问题。

功率器件的焊接痛点集中在有铅焊膏或焊片需高温355℃以上，容易导致框架和芯片表面氧化，目前普遍使用氮气保护的方式烧结；也有的使用真空炉焊接方式，会涉及到抽真空的各种复杂问题；以上方式在产品器件做好后，终端用户SMT贴片使用245℃或更高的回流焊温度，具体为IR-reflow，对于焊锡会造成二次流动，从而导致器件失效或潜在失效风险。使用纳米银焊接技术，其典型的烧结温度为170±10℃，纳米银浆烧结后形成了银层连接，银的理论熔点961.93℃，不存在二次流动的问题。

功率器件要求的功率特性，保持器件晶圆功率最大化是最佳状态，但是受制于连接框架、焊膏之间的空洞、不饱满问题，将会大大折损功率，甚至有些焊接空洞会严重影响产品性能；使用纳米银浆会大幅度减少空洞，降低功率特性的损耗。

发明内容

本发明提供了用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法，解决环保、焊锡二次流动、焊接致密性问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法，使用无铅纳米银颗粒制备的纳米银浆连接功率瞬态抑制二极管芯片和导电铜框架；所述纳米银颗粒直径小于180nm；所述纳米银浆是由纳米银颗粒构成的重量百分比65-80％的纳米银浆料以及20-35％的添加剂混合构成的粘合载体；所述功率瞬态抑制二极管芯片表面使用Ti层-Ni层-Ag层的三层式工艺，其中，Ag层厚度为1.0-2.5um。

用于功率瞬态抑制二极管使用纳米银浆焊接的方法，包括如下步骤：

S1、清洗铜框架：使用等离子清洗导电铜框架表面，经过等离子处理可达到导电铜框架表面超净化和活性化的效果，提高铜表面与焊料的粘接质量；

S2、纳米银浆网印：使用钢网印刷方式管控，将纳米银浆印刷至导电下框架，所述纳米银浆控制在10-80um，然后自动固晶机将芯片固定于银浆表面，同样将银浆印刷至导电上框架上，所述最后将导电下框架与导电上框架合上，使用石墨舟进行固定；

S3、低温烧结：使用固化烘箱，烘箱根据焊接石墨舟尺寸设计导轨，烘箱内部容器加热均匀，不同位置温差不超过1℃；

S4、烧结时间：控制5min，具体为300±30S，时间不低于270S,否则很难形成导电网络结构，内阻会偏高；

S5、孔洞检验：烧结完成的物料，以抽样方式，使用90KV的X-ray进行致密性检查，满足孔洞面积少于5％为焊接良好。

本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：