专利名称：一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置及方法，具体涉及一种为连接芯片与铜基板或直接键合铜基板(DBC)的新型绿色高效纳米银焊膏提供惰性贫氧气体氛围的密闭加热装置，及贫氧低温烧结纳米银焊膏的方法。
背景技术：
功率电子封装领城中经常需要在惰性气体保护下进行无氧、无尘操作。绿色连接材料纳米银焊膏的出现为连接芯片与基板提出了一种新思路。纳米银焊膏的烧结温度为 275°C，远远低于银的熔点960°C，故封装领域将其烧结过程称为低温烧结。诸多优势使纳米银焊膏成为功率电子封装领域的研究热点，并逐渐在工业界推广。铜基板或DBC基板近些年来被广泛应用于功率电子器件中，但是由于金属铜受热极易在空气中氧化，这严重影响其电、热性能。因此，为实现芯片与铜基板或DBC基板的直接连接，纳米银焊膏的烧结过程需在惰性气体氛围中进行。目前常见的惰性氛围操作箱多为有机玻璃箱体，采用有机玻璃粘合成各种形体，强度低、气密性差、不耐高温，不能满足在275°C内无氧烧结纳米银焊膏的工艺，也无法为此烧结工艺提供必需的智能加热保温装置。因此需要发明新的装置，完成纳米银焊膏的贫氧烧结，实现功率电子芯片与铜基板或DBC基板实现可靠连接。
发明内容
本发明提出了一种结构合理、操作性强的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，及一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的方法。本发明的技术方案如下一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，包括不锈钢箱体(1)以及设置在箱体上 ⑴的温度表O)、采光视镜(3)、照明灯⑷及顶部通气阀(5)，所述箱体⑴的前侧壁面上密封连接有观察视镜(6)，所述箱体(1)的前侧壁面下部有手套孔(7)，手套孔(7)上装有耐高温手套，所述箱体左侧面有电源线挠性保护管(8)，所述电源线挠性保护管(8)内通过开关插座电源线，所述箱体(1)左侧面有舱门(9)及通气阀(5)，所述箱体(1)右侧面有一通气阀(5)，所述箱体(1)右侧面与一不锈钢过渡室(10)固定连接，所述过渡室(10)侧面及顶部装有通气阀(5)，所述过渡室(10)顶面装有一个过渡室压力表(11)，所述过渡室设有内门(12)和外门(13)，过渡室内门(12)位于箱体(1)与过渡室(10)之间，所述箱体 ⑴与过渡室(10)上各通气阀通过气体管路连通。所述箱体⑴内有两个智能加热台(14) 与开关插座相连。所述箱体(1)前侧面上部朝箱体(1)外侧倾斜，与观察者目光呈一定角度，并装有观察视镜(6)，便于观察。所述箱体⑴前侧面下部手套孔(7)处装有耐高温手套，两者连接处用硅胶垫密封，耐高温手套可换。所述箱体(1)右侧面与过渡室(10)焊接连接，过渡室(10)位于箱体(1)右侧面中部，结构合理。过渡室(10)的设计使用避免了取放试样时对箱体内惰性气体氛围的破坏， 大大缩短了充惰性气体气体所需时间，避免了气体浪费。所述箱体(1)左侧面装有电源挠性保护管(8)，箱体(1)内开关插座电源线通过挠性保护线(8)引出，挠性保护线(8)外端部由密封胶密封。所述箱体(1)内有两个智能加热台(14)与开关插座相连。加热台(14)的智能性体现在，其可记忆并自动执行操作人员预先设定的加热温度、升温速率、保温时间等参数， 并在各保温阶段结束时报鸣提醒。此外，其可记忆保存多条烧结曲线，以满足不同的烧结工乙需求。本发明涉及一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的方法，通过使用过渡室(10)和耐高温手套将用纳米银焊膏连接的芯片与铜基板或DBC基板的连接结构放在箱体(1)内的智能加热台(14)上对纳米银焊膏进行烧结；保证过渡室与箱体间的内门(12)敞开，打开箱体及过渡室各处的通气阀(5)，往箱体内部充入惰性气体；智能加热台开始按照预先设定的各项参数烧结连接芯片与铜基板或DBC基板的纳米银焊膏；若试验过程中需要放入试样，先将过渡室内门(1 关闭，然后关闭过渡室的过渡室顶部通气阀(5)，打开过渡室外门(13)， 放入试样；然后，关闭过渡室外门(13)，打开过渡室顶部通气阀(5)，往过渡室内充入保护性气体，过渡室内空气由过渡室侧面通气阀( 排除；当过渡室内气体氛围与箱体内气体氛围相同时，关闭过渡室侧面通气阀(5)，打开过渡室内门(12)，试验人员通过耐高温手套拿到试样，然后按需要对试验进行烧结。本发明的有益效果是由于箱体与过渡室均为不锈钢结构，整个产品外形美观、耐腐蚀、强度高；箱体采用耐高温手套，允许试验人员在箱体内进行高温操作；箱体前侧面上部装有视镜，向朝箱体外侧突出，与试验者目光呈一定角度，便于观察；箱体及过渡室顶部装有温度表和压力表，可即时得知箱体内温度、压力，操作性大大增强；箱体内放置的智能加热台可设定烧结纳米银焊膏的相关参数，如加热温度、升温速率、保温时间、加热曲线等， 智能控制纳米银焊膏的烧结过程，节省人力；箱体及过渡室的各通气阀与气体管路连通，接通惰性气体时可保证箱体内惰性气体分布均勻；过渡室的设计可有效避免取放试样时对箱体内惰性气体氛围的破坏，缩短充气时间，避免惰性气体气体浪费。
图1为发明外观示意图。图2为发明的内部结构示意图。为看清贫氧低温烧结纳米银焊膏装置的内部结构，图1中仅示意一台智能加热块。图3为该发明具体实施中采用的一种纳米银焊膏烧结曲线。
具体实施例方式本发明贫氧低温烧结纳米银焊膏装置的操作过程如下首先，在裸铜基板上涂刷一定厚度的纳米银焊膏，将芯片放在纳米银焊膏上。然后将开关插座电源线与外部电源连接，此时智能加热台(14)为开启状态，试验人员将手伸入耐高温手套中，通过调节智能加热台(14)仪表盘设定烧结纳米银焊膏所需的加热温度、升温速率、保温时间、烧结曲线等各项参数。打开过渡室外门(13)，将用纳米银焊膏连接的芯片与铜基板或DBC基板的连接结构放入过渡室(10)。试验人员再次将手伸入耐高温手套中，打开过渡室内门(12)，从过渡室(10)取出芯片与铜基板或DBC基板的连接结构，将其放在智能加热台(14)上。保证过渡室与箱体间的内门(1 敞开，打开箱体及过渡室各处的通气阀(5)，往箱体内部充入惰性气体，如氮气等。通气一段时间后，按智能加热台仪表盘上的“开始”键，智能加热台开始按照预先设定的各项参数烧结连接芯片与铜基板或DBC基板的纳米银焊膏。若试验过程中需要放入试样，先将过渡室内门(1 关闭，然后关闭过渡室的过渡室顶部通气阀(5)，打开过渡室外门(13)，放入试样。然后，关闭过渡室外门(13)，打开过渡室顶部通气阀(5)，往过渡室内充入保护性气体，过渡室内空气由过渡室侧面通气阀( 排除。当过渡室内气体氛围与箱体内气体氛围相同时，关闭过渡室侧面通气阀(5)，打开过渡室内门(12)，试验人员通过耐高温手套拿到试样，然后按需要对试验进行烧结。取出试样的操作过程与上述类似，此处不赘述。过渡室的设计使用避免了取放试样时对箱体内惰性气体氛围的破坏，大大缩短了充惰性气体气体所需时间，避免了气体浪费。此外，箱体内放置两个智能加热台(14)为贫氧低温烧结纳米银焊膏提供了多种工艺选择。利用两个智能加热台，可按不同的工艺曲线烧结纳米银焊膏粘结结构，进而探索最佳烧结工艺。按照上述实施方式，采用图3所示烧结曲线烧结连接3mmX3mmX 1.5mm假芯片与15mmX20mmX 1.5mm裸铜基板的纳米银焊膏，剪切试验结果显示其连接强度可高达 37. 2MPa，完全可以满足功率电子产品的强度要求。以上只是对本发明进行了示例性说明，本发明的具体实现方式并不局限于此。任何采用本发明的构思和技术方案进行的非实质性修改，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是包括不锈钢箱体(1)以及设置在箱体⑴上的温度表O)、采光视镜(3)、照明灯⑷及通气阀(5)，所述箱体⑴的前侧壁面上密封连接有观察视镜(6)，所述箱体(1)的前侧壁面下部有手套孔(7)，手套孔(7)上装有耐高温手套，所述箱体(1)左侧面有电源线挠性保护管(8)，所述电源线挠性保护管 (8)内通过开关插座电源线，所述箱体(1)左侧面有舱门(9)及通气阀(5)，所述箱体(1) 右侧面有一通气阀(5)，所述箱体(1)右侧面与一不锈钢过渡室(10)固定连接，所述过渡室 (10)侧面及顶部装有通气阀(5)，所述过渡室(10)顶面装有一个过渡室压力表(11)，所述过渡室设有内门(12)和外门(13)，过渡室内门(12)位于箱体(1)与过渡室(10)之间，所述箱体(1)与过渡室(10)上各通气阀通过气体管路连通。所述箱体(1)内有两个智能加热台(14)与开关插座相连。
2.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 顶面设有温度表O)，随时获取箱体(1)内温度。
3.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 顶面装有采光视镜C3)及照明灯G)。
4.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 顶面、左侧面、右侧面及过渡室(10)顶面和前侧面均有通气阀(5)，各通气阀( 与气体管路连接。
5.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 前侧面上部朝箱体(1)外侧倾斜，与观察者目光呈一定角度，并装有观察视镜(6)。
6.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 前侧面下部手套孔(7)处装有耐高温手套，两者连接处用硅胶垫密封，耐高温手套可换。
7.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是箱体(1)右侧面与过渡室(10)焊接连接，强度高，过渡室(10)位于箱体(1)右侧面中部。
8.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述过渡室 (10)顶面装有压力表(11)，随时读取压力值。
9.根据权利要求1所述的贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置，其特征是所述箱体(1) 左侧面装有电源挠性保护管(8)，箱体⑴内开关插座电源线通过挠性保护线⑶引出，挠性保护线(8)外端部由密封胶密封。
10.贫氧低温烧结纳米银焊膏的方法，其特征是通过使用过渡室(10)和耐高温手套将用纳米银焊膏连接的芯片与铜基板或DBC基板的连接结构放在箱体(1)内的智能加热台 (14)上对纳米银焊膏进行烧结；保证过渡室与箱体间的内门(12)敞开，打开箱体及过渡室各处的通气阀(5)，往箱体内部充入惰性气体；智能加热台开始按照预先设定的各项参数烧结连接芯片与铜基板或DBC基板的纳米银焊膏；若试验过程中需要放入试样，先将过渡室内门(1 关闭，然后关闭过渡室的过渡室顶部通气阀(5)，打开过渡室外门(13)，放入试样；然后，关闭过渡室外门(13)，打开过渡室顶部通气阀(5)，往过渡室内充入保护性气体， 过渡室内空气由过渡室侧面通气阀( 排除；当过渡室内气体氛围与箱体内气体氛围相同时，关闭过渡室侧面通气阀(5)，打开过渡室内门(12)，试验人员通过耐高温手套拿到试样，然后按需要对试验进行烧结。
全文摘要
本发明公布了一种贫氧低温烧结纳米银焊膏的装置及方法，包括不锈钢箱体以及设置在箱体上的温度表、采光视镜、照明灯及通气阀，箱体的前侧壁面上密封连接有观察视镜，箱体的前侧壁面下部有手套孔，手套孔上装有耐高温手套，箱体左侧面有电源线挠性保护管，电源线挠性保护管内通过开关插座电源线，箱体左侧面有舱门及通气阀，箱体右侧面有一通气阀，箱体右侧面与一不锈钢过渡室固定连接，过渡室侧面及顶部装有通气阀，过渡室顶面装有一个过渡室压力表，过渡室设有内门和外门，过渡室内门位于箱体与过渡室之间，箱体与过渡室上各通气阀通过气体管路连通。箱体内有两个智能加热台与开关插座相连。本装置结构合理，强度高，可承受较高的操作温度。
文档编号H01L21/60GK102569110SQ20121004649
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者梅云辉, 赵姿贞, 陆国权, 陈旭 申请人:天津大学