本發(fā)明涉及功率器件封裝，尤其是涉及一種預制耐高溫連接層銅引線框架的制備方法及應用。

背景技術：

1、sic和gan為代表的第三代寬禁帶功率半導體得益于高功率密度、高溫可操作及高頻等特性，在電動汽車、光伏及儲能系統(tǒng)中具有廣泛且迫切的需求。然而，采用傳統(tǒng)鋁線互連的方案受限于其固有寄生電感、散熱、可靠性等問題嚴重影響器件長期穩(wěn)定工作，無法應對第三代寬禁帶半導體日益苛刻的服役要求。

2、當前，業(yè)界提出了平面互連、雙面互連、3d互連等先進的封裝工藝。其中，采用銅引線框架的平面互連得益于低成本、互連靈活布置等優(yōu)勢被廣泛應用。然而，如銅夾互連等工藝大多仍延續(xù)普通錫基焊料，伴隨更高結(jié)溫可操作性的需求，被廣泛采用的芯片頂部銅引線框架互連成為短板，存在高溫下液化風險。為改善這一問題，本發(fā)明提出一種預制耐高溫連接層銅引線框架的制備方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的在于提供一種預制耐高溫連接層銅引線框架的制備方法，該方法制備得到的銅引線框架能夠提高與芯片的連接可靠性高，使用靈活方便，有助于提高功率封裝器件的服役可靠性。本發(fā)明的第二目的在于提供一種預制耐高溫連接層銅引線框架在功率封裝器件中的應用。

2、本發(fā)明提供一種預制耐高溫連接層銅引線框架的制備方法，包括以下步驟：

3、s1.對預制成型的銅引線框架的表面進行清洗處理，獲得無氧化潔凈的銅引線框架；

4、s2.在銅引線框架與芯片連接的接觸面上涂敷混合金屬焊膏，并烘干；

5、s3.烘干后，將帶有混合金屬焊膏的銅引線框架用乙醇清洗、干燥，進行再次清潔；優(yōu)選地，采用的乙醇濃度為95％-100％，處理時間為5-20分鐘，自然風干或40-70℃清潔熱風烘干；

6、s4.清潔后，將帶有混合金屬焊膏的銅引線框架浸沒在乙酸水溶液或酒石酸水溶液中，取出用水沖洗并干燥；再浸沒在硫酸鈉溶液中，取出用水沖洗并干燥；

7、s5.干燥后，在帶有混合金屬焊膏的銅引線框架表面制備可焊有機物保護層，得到預制耐高溫連接層銅引線框架。

8、優(yōu)選地，可根據(jù)需要在所述步驟s1中的銅引線框架表面進行金屬化處理，金屬化層包括：銀金屬化層、ni/ag鍍層、ni/pd/au鍍層。優(yōu)選地，所述步驟s1中的銅引線框架材質(zhì)為無氧銅或紫銅，厚度為20-200μm。

9、優(yōu)選地，所述步驟s2中采用的混合金屬焊膏包括cu-sn焊膏或cu-in焊膏，混合金屬焊膏中的金屬顆粒形貌為球狀或片狀；當金屬顆粒為球狀時，粒徑為100-500nm，更優(yōu)選為300-500nm；當金屬顆粒為片狀時，粒徑為1000-1500nm，更優(yōu)選為1300-1500nm；所述混合金屬焊膏的厚度為10-50μm。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2中混合金屬焊膏采用以下方法制成：

11、(1)首先對兩種金屬顆粒分別進行酸洗和烘干處理獲得清潔的金屬顆粒；優(yōu)選地，酸洗采用酸為次氯酸/次磷酸/稀鹽酸/硫酸中的一種或多種；

12、(2)將抗氧化劑和溶劑混合攪拌，獲得有機溶劑體系，其中抗氧化劑為蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、乳酸、草酸、抗壞血酸、酒石酸中的一種或多種，溶劑為乙二醇、二乙二醇、松油醇、甘油、正十醇、丙二醇、異丙醇中的一種或多種；所述有機溶劑體系中抗氧化劑的質(zhì)量占比為1-5％，溶劑的質(zhì)量占比為95-99％；優(yōu)選的，二者攪拌時間為30-50分鐘；

13、(3)將清潔的兩種金屬顆粒與有機溶劑體系混合攪拌，獲得混合金屬焊膏。優(yōu)選地，攪拌時間為10-40分鐘，更優(yōu)選為15-30分鐘。

14、優(yōu)選地，所述步驟s2中烘干在還原性氣氛或惰性氣氛中進行，烘干溫度為100-150℃。

15、優(yōu)選地，所述步驟s2中烘干采用惰性氣氛時為氮氣或氬氣，采用還原性氣氛時為甲酸氣氛或鉑催化甲酸氣氛，烘干過程的升溫速率為1-50℃/min，烘干時間為2-30min；更優(yōu)選地，升溫速率為5-25℃/min，烘干時間為8-15min。

16、優(yōu)選地，所述步驟s4中采用的乙酸水溶液濃度為15-20％，酒石酸水溶液為10-15％，硫酸鈉水溶液的濃度為5-10％，浸沒時間為5-10分鐘。

17、優(yōu)選地，所述步驟s5中的可焊有機物保護層采用浸沒法、噴涂法或涂布法將有機物溶液均勻包裹在銅引線框架表面，干燥后獲得；其中采用的有機物溶液包括共聚物溶液、聚合物溶液、樹脂溶液中的一種或多種；

18、所述共聚物溶液包括聚乙烯基吡咯烷酮溶液、聚醚酰胺溶液；

19、所述聚合物溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯溶液、聚苯乙烯溶液、聚酰亞胺溶液、聚乙烯醇縮丁醛溶液、醋酸乙烯共聚物溶液；

20、所述樹脂溶液包括聚氨酯溶液、聚酰胺樹脂溶液、丙烯酸酯共聚物溶液。優(yōu)選地，有機物溶液還可采用聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇縮丁醛混合溶液或聚乙烯基吡咯烷酮和聚酰亞胺混合溶液。

21、共聚物溶液的配置以聚乙烯基吡咯烷酮溶液為例，首先將聚乙烯基吡咯烷酮與異丙醇溶液按照質(zhì)量比為(5-10):(90-95)混合，攪拌5-10min獲得均勻溶液，逐漸加入乙醇，同時持續(xù)攪拌，直至所有成分完全溶解。

22、聚合物溶液以聚甲基丙烯酸甲酯溶液為例，首先將聚甲基丙烯酸甲酯與甲基乙基酮溶液按照質(zhì)量比為(10-15):(85-90)混合，攪拌5-10min獲得均勻溶液，逐漸加入乙醇，同時持續(xù)攪拌，直至所有成分完全溶解。

23、樹脂溶液以丙烯酸酯共聚物溶液為例，首先將丙烯酸酯共聚物與甲苯溶液按照質(zhì)量比為(5-15):(85-95)混合，攪拌5-10min獲得均勻溶液，逐漸加入乙醇，同時持續(xù)攪拌，直至所有成分完全溶解。

24、本發(fā)明提供一種采用上述制備方法獲得的預制耐高溫連接層銅引線框架在功率器件封裝中的應用，包括以下步驟：

25、a.將所述預制耐高溫連接層銅引線框架置于已與基板連接好的芯片上；

26、b.然后通過熱貼工藝使銅引線框架與芯片進行固定；

27、c.熱貼固定后置于燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，得到功率器件封裝結(jié)構(gòu)。

28、優(yōu)選地，所述步驟b中的熱貼溫度為100-150℃，壓力為1-5mpa，時間為0.5-3秒。

29、優(yōu)選地，所述步驟c中的燒結(jié)溫度為200-300℃，燒結(jié)時間5-30min，燒結(jié)氣氛為惰性氣氛或還原性氣氛。

30、綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

31、本發(fā)明的技術方案通過在預制成型的銅引線框架上配置混合金屬焊膏，并在其外部包裹可焊有機物保護層制備得到預制耐高溫連層銅引線框架，其中可焊有機物保護層在加熱的情況下具有一定黏度，進而在銅引線框架與芯片頂部熱貼時提供附著力，實現(xiàn)穩(wěn)固的附著。這一特性在提供使用靈活性的同時，大大降低了混合金屬焊膏的配置需求，無需過度考慮添加提供附著力的有機物的使用及后續(xù)如何揮發(fā)問題，節(jié)約材料及工藝成本。并且所配置的混合金屬焊膏可根據(jù)芯片金屬化層類型及銅引線框架是否有金屬化層及金屬化類型靈活配置，通過絲網(wǎng)/鋼網(wǎng)印刷薄的金屬焊膏烘干后即可在無需加壓的情況下實現(xiàn)快速穩(wěn)固的連接，并形成全金屬化合物連接層，提供高效的導熱/電性能，提升封裝器件嚴苛環(huán)境下服役可靠性。

32、本發(fā)明提供的預制耐高溫連接層銅引線框架采用瞬態(tài)液相連接工藝實現(xiàn)與芯片的互連，并通過可焊有機物包覆實現(xiàn)銅引線框架長期穩(wěn)定存儲，在熱貼時提供與芯片頂部附著力，有助于提高封裝器件高功率密度、高結(jié)溫、高頻下服役可靠性，且隨用隨取提高使用的靈活性。