一种SiC芯片的固晶方法与流程

本发明属于功率半导体封装技术领域，尤其涉及一种sic芯片的固晶方法。

背景技术：

由于宽紧带半导体在高功率情况下具有优良的性能，且能够承受300℃以上的结温，在电力电子领域具有广泛的应用前景。但是传统的锡银焊膏或者锡铜焊膏，其工作温度限制在270℃左右，因此，第三代半导体技术如sic芯片的封装，需要开发一种具有高熔点的焊接材料。

纳米银烧结技术，由于具有较低的焊接温度和能承受高达700℃的工作温度，同时具有优秀的电气连接性能和散热能力，但纳米银焊膏的价格昂贵，并且在高温工作环境下，热寿命较低，需要寻找一种新的固晶方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种sic芯片的固晶方法，具有价格低、热导率好的优点。

本发明采用的技术方案是：

一种sic芯片的固晶方法，关键在于，所述的固晶方法的具体步骤为，

a、将dbc板上贴装sic芯片的位置的铜层设计为条纹状；

b、利用超声波清洗机对dbc表面进行清洗；

c、将dbc板表面不需要电镀的部分使用绝缘材料进行保护，将dbc板与sic芯片放入电镀槽内进行电镀；

d、将电镀完成的dbc板和sic芯片进行清洗、干燥。

所述的步骤a中条纹状的铜层的长度大于sic芯片的长度。

所述的步骤c电镀的电流密度为3-32a/dm²。

所述的步骤c中采用氨基磺酸盐镀镍溶液为电镀溶液进行电镀，所述的氨基磺酸盐镀镍溶液中包括质量浓度为70-80g/l的ni²⁺、质量浓度为26-35g/l的氯化镍、硼酸及添加剂。

所述的氨基磺酸盐镀镍溶液的ph值为3.2-3.8，温度为45-55℃。

所述的步骤d采用加热的去离子水进行dbc板和sic芯片的清洗。

本发明的有益效果是：将dbc板上贴装sic芯片的位置的铜层设计为条纹状，便于电镀过程中电镀材料填充在条纹之间，将sic芯片固晶，该固晶方法操作简单，电镀实现sic芯片的固晶，其剪切力良好，热阻低，相比纳米银焊膏的方法，具有成本低，反应温度低的优点。

附图说明

图1是dbc板的结构示意图。

图2是电镀过程示意图。

图3是电镀后sic芯片与dbc板的截面图。

图4是本发明与现有技术在温度循环试验的剪切强度的对比图。

附图中，1、dbc板，2、sic芯片，3、铜层，4、电镀槽，5、陶瓷部，6、镍层。

具体实施方式

本发明涉及一种sic芯片的固晶方法，将dbc板与sic芯片贴合在一起，放在电镀溶液中，通过电镀的方式将sic芯片与dbc板固定在一起，此方法相比纳米银烧结的方式具有价格低、反应温度低等优点。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，如图1-3所示，一种sic芯片的固晶方法，该固晶方法的具体步骤为，

a、设计dbc板1：将dbc板1上贴装sic芯片2的位置的铜层3设计为条纹状，长度略大于sic芯片2的长度，与现有技术中铜层的平面设计相比，条纹状及长度略大于sic芯片2均有利于电镀材料的填充；

b、清洗工艺：利用超声波清洗机对dbc板1表面进行清洗，去除表面的污染物；

c、电镀工艺：将dbc板1表面不需要电镀的部分使用绝缘材料进行保护，将dbc板1与sic芯片2放入电镀槽4内，需要电镀的dbc板1连接阴极，电流设定为2a/dm²，电流密度和沉积速度成正比，但电流密度大于30a/dm²，镀层的硬度降低，孔隙率变大，表面出现针孔缺陷。电流密度小于3a/dm²，沉积速度慢，影响生产效率，电流为3-30a/dm²时既保证了生产效率，又保证了镀层质密、硬度高，电镀效果好；电镀槽4中的电镀溶液为氨基磺酸盐镀镍溶液，一般控制ni²⁺的质量浓度为75g/l，氯化镍的质量浓度控制在30g/l，其他主要成分为硼酸和添加剂，镍盐含量高，可以使用较高的阴极电流密度，沉积速度快，常用作高速镀厚镍，但是浓度过高将降低阴极极化，分散能力差，而且镀液的带出损失大，不容易获得结晶细致光亮镀层，因此本申请选用电镀溶液既提高了电镀速度，还能保证镀层的细致光亮，酸用来作为缓冲剂，使镀镍液的ph值维持在一定的范围内。添加剂的作用主要是用于消除镀层中的应力。电镀工作时，控制ph值在3.5左右，温度设定为50℃；实践结果表明，镀镍电解液的ph值对镀层性能及电解液性能影响极大，在ph过低的强酸性电镀液中，没有金属镍的沉积。但当ph值过大时，将会有氢氧化镍胶体生成，造成氢气泡滞留，使镀层出现针孔，氢氧化镍在镀层中的夹杂，还会使镀层脆性增加，而本申请ph值的选择则恰巧有主与镍的沉积且镀层强度好。随着镀液温度的升高，镀镍层的表面粗糙度呈现递增的趋势，如果温度过高，将会发生镍盐水解，生成的氢氧化镍胶体使胶体氢气泡滞留，造成镀层出现针孔，另外，温度过高会造成镀液中水分蒸发较快，不利于保持镀液成分稳定，因此将温度设定在45-55℃，本实施例优选50℃。

d、将电镀完成的dbc板1和sic芯片2使用加热后的去离子水进行清洗后干燥。

该dbc板的基部为陶瓷部5，陶瓷的高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀的优良性能。

实施例2，一种sic芯片的固晶方法，该固晶方法的具体步骤为，

a、设计dbc板1：将dbc板1上贴装sic芯片2的位置的铜层3设计为条纹状，长度略大于sic芯片2的长度；

b、清洗工艺：利用超声波清洗机对dbc板1表面进行清洗，去除表面的污染物；

c、电镀工艺：将dbc板1表面不需要电镀的部分使用绝缘材料进行保护，将dbc板1与sic芯片2放入电镀槽4内，需要电镀的dbc板1连接阴极，电流设定为16a/dm²；电镀槽4中的电镀溶液为氨基磺酸盐镀镍溶液，一般控制ni²⁺的质量浓度为75g/l，氯化镍的质量浓度控制在30g/l，其他主要成分为硼酸和添加剂，可控制ph值和消除应力，电镀工作时，控制ph值在3.5左右，温度设定为50℃；

d、将电镀完成的dbc板1和sic芯片2使用加热后的去离子水进行清洗后干燥。

实施例3，一种sic芯片的固晶方法，该固晶方法的具体步骤为，

a、设计dbc板1：将dbc板1上贴装sic芯片2的位置的铜层3设计为条纹状，长度略大于sic芯片2的长度；

b、清洗工艺：利用超声波清洗机对dbc板1表面进行清洗，去除表面的污染物；

c、电镀工艺：将dbc板1表面不需要电镀的部分使用绝缘材料进行保护，将dbc板1与sic芯片2放入电镀槽4内，需要电镀的dbc板1连接阴极，电流设定为32a/dm²；电镀槽4中的电镀溶液为氨基磺酸盐镀镍溶液，一般控制ni²⁺的质量浓度为75g/l，氯化镍的质量浓度控制在30g/l，其他主要成分为硼酸和添加剂，可控制ph值和消除应力，电镀工作时，控制ph值在3.5左右，温度设定为50℃；

d、将电镀完成的dbc板1和sic芯片2使用加热后的去离子水进行清洗后干燥。

如图4所示，将用本发明的固晶方法值得产品与现有的纳米银烧结的产品进行温度循环试验，分别在0h、250h、750h、1000h测量芯片的剪切强度，经过对比发现，在1000小时以后，纳米银的剪切强度下降到20mpa，而本方案的强度保持在25mpa。

本发明提供了一种新的固晶方法，固晶方法中电镀溶液采用氨基磺酸盐镀镍溶液，sic芯片2与dbc板1之间的空隙填满镍层6，所产生的镍层6具有张应力低，厚度稳定等特点，经过剪切力测试和热阻测试，可发现经过电镀镍层6实现sic芯片2的固晶，其剪切力良好，热阻低，相比纳米银焊膏的方法，具有成本低，反应温度低的优点。