一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法与流程

1.本发明涉及电子封装技术领域，尤其是一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法。


背景技术：

2.目前大功率半导体集成电路的芯片基板互连多采用纳米银膜实现。市面上纳米银膜多采用纳米银颗粒制备，颗粒原料的成膜性差，通常需要添加成膜剂、分散剂等有机物，采用流延法、涂布法等工艺制备成膜。虽然银膜中纳米银颗粒含量高达99％，但有机物含量仍然较高，约为1％。由纳米银颗粒制备的银膜在封装互连工艺中存在工艺适应性及使用性能等方面的不足，一是银膜转移工艺复杂，需专用设备实施：纳米颗粒银膜强度很低，无法直接转移至芯片或基板表面，通常需用定制设备先将芯片贴附在银膜，进行预烧结实现芯片与银膜的初步粘接，然后再将其转移至基板上实施热压烧结，以获得芯片与基板的封装互连。二是封装互连层的热导率及连接强度较低。银膜烧结层中残存的有机物在封装互连热压烧结过程中难以去除，且纳米银颗粒之间几乎均为点接触，烧结层会形成更多的界面和孔隙。该银膜烧结层的显微组织特征不利于膜层热导率、电导率及连接强度等性能的提高，难以满足大功率器件封装互连高导热导电、高连接强度等使用性能的要求。


技术实现要素：

3.本发明提供一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，用于克服现有技术中工艺适应性及使用性能的不足等缺陷。
4.为实现上述目的，本发明提出一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
5.s1：对银纳米线母液进行稀释和提纯，得到银纳米线分散液；
6.s2：对所述银纳米线分散液进行压滤或抽滤，得到湿纳米线银膜；
7.s3：对所述湿纳米线银膜进行干燥，得到纳米线银膜。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
9.1、本发明提供的大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，相比于纳米颗粒银膜需要流延机、涂布机等大型设备，纳米线银膜只需压滤或抽滤即可，设备与工艺简单，性能稳定，可批量生产。
10.2、本发明提供的制备方法，纳米线银膜中有机物含量更低(小于0.3％)，纳米线银膜热压烧结层残碳更少，孔隙率更低，热导率高、导电性更好、连接强度更高。
11.3、烧结过程中芯片与基板的热胀冷缩不匹配，容易产生应力，应力的存在对器件的耐候性、可靠性等不利。本发明提供的制备方法，银膜烧结层具有多孔结构，该多孔的银膜结构可以缓冲烧结时产生的应力，提高器件的可靠性。即本发明制备的纳米线银膜的显微结构可以减轻由于芯片和基板之间热失配引起的热机械应力，提高器件在服役过程中的
可靠性。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
13.图1为实施例1中银纳米线的扫描电子显微镜图；
14.图2为实施例1中纳米线银膜的扫描电子显微镜图；
15.图3为实施例1中纳米线银膜的实物图。
16.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
19.无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
20.本发明提出一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
21.s1：对银纳米线母液进行稀释和提纯，得到银纳米线分散液；
22.s2：对所述银纳米线分散液进行压滤或抽滤，得到湿纳米线银膜；
23.s3：对所述湿纳米线银膜进行干燥，得到纳米线银膜。
24.优选地，在步骤s1中，所述稀释具体为：
25.采用稀释剂将银纳米线母液稀释2～20倍。稀释是为了将银纳米线表面包覆的有机物溶解到水、乙醇等稀释剂中，达到提纯的目的。
26.优选地，所述稀释剂为乙醇、去离子水或其他醇类低沸点有机溶剂。醇热法制备的银纳米线表面包覆一层有机物，该有机物可醇溶或水溶。后续压滤成膜后需低温烘干，所以须选用水或低沸点醇类溶剂。
27.优选地，在步骤s1中，所述提纯具体为：
28.将稀释后的银纳米线母液置于30～60℃的水浴锅中搅拌0.5～2h，得到银纳米线分散液。提纯原理是银纳米线表层有机物可水溶或醇溶，通过添加足够量的稀释剂，即可将银纳米线表层的有机物包覆层减薄直至没有。
29.提纯的目的在于银纳米线表面有机物包覆层会影响封装后器件的导电导热性能，须将其清洗干净才能满足大功率器件的使用要求。
30.优选地，在步骤s2中，所述压滤或抽滤的压力为0.5～2mpa。压滤或抽滤的目的是
为了将母液中的银纳米线提取出来，固态银纳米线留在压滤膜或抽滤膜上，其他的液态物质通过压滤膜或抽滤膜过滤掉，达到固液分离的目的。银纳米线尺寸较小，低至20nm，压滤或抽滤压力小时，母液很难通过压滤膜或抽滤膜，达不到固液分离的目的。压力太大时，有机材质的压滤膜或抽滤膜会破裂。
31.优选地，在步骤s3中，所述干燥具体为：
32.将湿纳米线银膜转移至塑料薄膜上，在40～80℃的条件下干燥1～3h，得纳米线银膜。转移至塑料薄膜的原因在于纳米银膜的厚度很小，一般为30～70μm，强度很低，需要放置在承载物上方便运输和使用。
33.优选地，所述塑料薄膜为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。不同的塑料材质，其表面张力不同，对纳米线湿膜的吸附力也不同。张力太大，银膜容易转移；张力太小，银膜与塑料薄膜间的吸附力较大，干燥时膜之间的水或醇类溶剂不易挥发。
34.优选地，所述纳米线银膜的厚度为30～70μm，有机物等杂质含量小于0.3％。
35.优选地，所述银纳米线母液中银纳米线的直径为20～200nm，长度为5～50μm。
36.本发明提供的大功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法采用银纳米线制备银膜，银纳米线直径小，具有低熔点效应，可低温热压烧结。烧结体(膜层)的熔点接近块体银(961℃)，可高温服役，导热导电性能好，剪切强度高。
37.本发明提供的制备方法采用银纳米线制备成膜，银纳米线长度为5～50μm，银纳米线之间穿插交互搭接，更易成膜，银膜的结构完整性佳，厚度更薄且均匀可控。
38.优选地，所述银纳米线母液采用常规醇热法制备得到；所述银纳米线母液中银纳米线的质量分数为0.5～0.6％。实施例1
39.本实施例提供一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
40.s1：采用常规醇热法制备银纳米线母液，该银纳米线母液中银纳米线如图1所示，直径为100～150nm、长度为25～35μm。
41.取0.5l银纳米线母液置于烧杯中，按与银纳米线母液1:10的比例取常温去离子水，并加入烧杯中对银纳米线母液进行稀释；
42.将烧杯置于30℃水浴中搅拌2h，搅拌速度为500r/min，得到银纳米线分散液。
43.s2：将银纳米线分散液在0.5mpa的压力下压滤成湿纳米线银膜。本实施例的压滤膜为亲水性聚四氟乙烯微孔滤膜，孔径为0.45μm。本实施例湿纳米线银膜的承载物为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。
44.s3：将湿纳米线银膜放入温度为40℃的真空炉中干燥2h，得到纳米线银膜，如图2和3所示，纳米线银膜中银纳米线之间相互搭接在一起，且纳米线银膜整体性较好。
45.由本实施例制备得到的纳米线银膜厚度为45μm，有机物含量为0.22％。
46.实施例2
47.本实施例提供一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
48.s1：采用常规醇热法制备银纳米线母液，该银纳米线母液中银纳米线直径为50～80nm、长度为20～33μm。
49.取0.7l银纳米线母液置于烧杯中，按与银纳米线母液1:16的比例取常温去离子水，并加入烧杯中对银纳米线母液进行稀释；
50.将烧杯置于50℃水浴中搅拌0.5h，搅拌速度为500r/min，得到银纳米线分散液。
51.s2：将银纳米线分散液在0.5mpa的压力下压滤成湿纳米线银膜。本实施例的压滤膜为亲水性聚四氟乙烯微孔滤膜，孔径为1μm。本实施例湿纳米线银膜的承载物为聚丙烯塑料膜。
52.s3：将湿纳米线银膜放入温度为50℃的真空炉中干燥1h，得到纳米线银膜，该纳米线银膜结构完整性好，该纳米线银膜中银纳米线之间穿插交互搭接。
53.由本实施例制备得到的银纳米线银膜厚度为57μm，有机物含量为0.24％。
54.实施例3
55.本实施例提供一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
56.s1：采用常规醇热法制备银纳米线母液，该银纳米线母液中银纳米线直径为160～200nm、长度为5～18μm。
57.取1l银纳米线母液置于烧杯中，按与银纳米线母液1:2的比例取乙醇，并加入烧杯中对银纳米线母液进行稀释；
58.将烧杯置于60℃水浴中搅拌0.7h，搅拌速度为500r/min，得到银纳米线分散液。
59.s2：将银纳米线分散液在1mpa的压力下压滤成湿纳米线银膜。本实施例的压滤膜为亲水性聚四氟乙烯微孔滤膜，孔径为1μm。本实施例湿纳米线银膜的承载物为聚苯乙烯膜。
60.s3：将湿纳米线银膜放入温度为80℃的真空炉中干燥1.2h，得到纳米线银膜，该纳米线银膜结构完整性好，该纳米线银膜中银纳米线之间穿插交互搭接。
61.由本实施例制备得到的银纳米线银膜厚度为30μm，有机物含量为0.21％。
62.实施例4
63.本实施例提供一种大尺寸功率半导体集成电路封装互连用纳米线银膜的制备方法，包括以下步骤：
64.s1：采用常规醇热法制备银纳米线母液，该银纳米线母液中银纳米线直径为20～45nm、长度为35～50μm。
65.取0.2l银纳米线母液置于烧杯中，按与银纳米线母液1:20的比例取乙醇，并加入烧杯中对银纳米线母液进行稀释；
66.将烧杯置于40℃水浴中搅拌2h，搅拌速度为500r/min，得到银纳米线分散液。
67.s2：将银纳米线分散液在2mpa的压力下压滤成湿纳米线银膜。本实施例的压滤膜为亲水性聚四氟乙烯微孔滤膜，孔径为0.5μm。本实施例湿纳米线银膜的承载物为聚苯乙烯膜。
68.s3：将湿纳米线银膜放入温度为70℃的真空炉中干燥2.1h，得到纳米线银膜，该纳米线银膜结构完整性好，该纳米线银膜中银纳米线之间穿插交互搭接。
69.由本实施例制备得到的银纳米线银膜厚度为70μm，有机物含量为0.23％。
70.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用
在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。