功率元器件的金属连接方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是一种功率元器件的金属连接方法。

背景技术：

现有技术中为了连接电源装置中的金属部件和金属部件，使用焊料，导电性的粘着剂，糊状物以及薄膜等的接合材料。这导致焊料、粘着剂等残留在被连接部分，影响导电性能且焊接的高温容易损伤被连接的功率元器件。

现有技术中，采用银或金等贵金属的纳米金属颗粒的金属膏作为连接材料，连接时纳米金属颗烧结得到的接合层中会残留有作为金属微粒子分散剂和溶剂使用的有机物。这导致连接层形成空隙，导致连接强度存在风险且影响导电性能，且金属膏连接时存在涂布和连接的环境条件要求高，操作不简单的缺陷。

在背景技术部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于所述问题，本发明提供一种功率元器件的金属连接方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种功率元器件的金属连接方法包括如下步骤：

提供第一金属部件，所述第一金属部件设有待连接区域，

将金属前驱体和还原剂分散在乙醇溶液中，经由磁力搅拌器搅拌得到树枝状纳米金属颗粒溶液，离心洗涤后得到树枝状纳米金属颗粒，

第一重量份的第一平均粒径的树枝状纳米金属颗粒、第二重量份的第二平均粒径的陶瓷颗粒和第三重量份的多孔质载体放入有机溶剂中搅拌混合得到糊状导电连接剂，其中，树枝状纳米金属颗粒和陶瓷颗粒附着在所述多孔质载体上，

在所述待连接区域涂覆糊状导电连接剂，第二金属部件压叠在所述糊状连接剂上以贴合所述第一金属部件，

在120-130℃中加热保持在预定压力下的所述糊状连接剂预定时刻以连接第一金属部件和第二金属部件。

所述的方法中，待连接区域为水平表面，所述待连接区域小于第一金属部件的连接表面且大于第二金属部件的连接表面。

所述的方法中，所述金属前驱体为碘化银，所述还原剂为铜箔，树枝状纳米金属颗粒为树枝状纳米银颗粒。

所述的方法中，所述半透明图案中，所述第一平均粒径为12-14微米，所述第二平均粒径3-7微米，所述第一重量份为100，第二重量份为10-20，第三重量份为20-30。

所述的方法中，所述多孔质载体由在120-130℃下蒸发无残留的材料制成。

所述的方法中，所述多孔质载体为多孔质膜或多孔质纤维结构。

所述的方法中，所述有机溶剂包括1，4-丁二醇、1-乙氧基-2-丙醇、乙二醇或三乙二醇。

所述的方法中，第一金属部件的连接表面和第二金属部件的连接表面在贴合所述糊状连接剂前均进行电晕处理或uv处理。

所述的方法中，预定压力为100-200mpa，预定时刻相关于所述糊状连接剂的材料。

所述的方法中，在所述待连接区域旋涂糊状导电连接剂，所述第一重量份与第二重量份的比值基于导电性而调节。

本发明为了实现在低温下达到高强度连接性能、优良的导电性能且不损伤功率元器件，操作简便且成本低，本申请通过提供第一金属部件，所述第一金属部件设有待连接区域，通过对连接区域的限定，既保障了连接强度又保持了连接面的整洁性。将金属前驱体和还原剂分散在乙醇溶液中，经由磁力搅拌器搅拌得到树枝状纳米金属颗粒溶液，离心洗涤后得到树枝状纳米金属颗粒，第一重量份的第一平均粒径的树枝状纳米金属颗粒、第二重量份的第二平均粒径的陶瓷颗粒和第三重量份的多孔质载体放入有机溶剂中搅拌混合得到糊状导电连接剂，其中，树枝状纳米金属颗粒和陶瓷颗粒附着在所述多孔质载体上，在所述待连接区域涂覆糊状导电连接剂，第二金属部件压叠在所述糊状连接剂上以贴合所述第一金属部件，在120-130℃中加热保持在预定压力下的所述糊状连接剂预定时刻以连接第一金属部件和第二金属部件。金属微粒子在120-130℃的低温范围内发热烧结。纳米金属颗粒的含量过高，则糊状导电连接的粘度会变得非常高，有对涂布带来影响。另一方面，对于纳米金属颗粒含量过低，可能连接性能差且导电性能不足。本发明实现了低温下的优良连接性能和导电性能。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的功率元器件的金属连接方法的步骤示意图。

图2是根据本发明一个实施例的功率元器件的第一和第二金属部件连接的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1为根据本发明一个实施例的功率元器件的金属连接方法的步骤示意图，如图1所示，一种功率元器件的金属连接方法包括如下步骤：

一种功率元器件的金属连接方法包括如下步骤：

提供第一金属部件1，所述第一金属部件1设有待连接区域，

将金属前驱体和还原剂分散在乙醇溶液中，经由磁力搅拌器搅拌得到树枝状纳米金属颗粒溶液，离心洗涤后得到树枝状纳米金属颗粒，

第一重量份的第一平均粒径的树枝状纳米金属颗粒、第二重量份的第二平均粒径的陶瓷颗粒和第三重量份的多孔质载体放入有机溶剂中搅拌混合得到糊状导电连接剂2，其中，树枝状纳米金属颗粒和陶瓷颗粒附着在所述多孔质载体上，

在所述待连接区域涂覆糊状导电连接剂2，第二金属部件3压叠在所述糊状连接剂上以贴合所述第一金属部件1，

在120-130℃中加热保持在预定压力下的所述糊状连接剂预定时刻以连接第一金属部件1和第二金属部件3。

所述的方法的优选实施方式中，待连接区域为水平表面，所述待连接区域小于第一金属部件1的连接表面且大于第二金属部件3的连接表面。水平表面进一步提高了连接性能，通过对连接区域的限定，既保障了连接强度又保持了连接面的整洁性。

所述的方法的优选实施方式中，所述金属前驱体为碘化银，所述还原剂为铜箔，树枝状纳米金属颗粒为树枝状纳米银颗粒。

所述的方法的优选实施方式中，所述半透明图案中，所述第一平均粒径为12-14微米，所述第二平均粒径3-7微米，所述第一重量份为100，第二重量份为10-20，第三重量份为20-30。这进一步达到了连接性能以及导电性能的平衡。

所述的方法的优选实施方式中，所述多孔质载体由在120-130℃下蒸发无残留的材料制成。这使得连接后第一金属部件1和第二金属部件3之间没有残留，避免了影响导电性能，且低温加热避免了损伤功率元器件。

所述的方法的优选实施方式中，所述多孔质载体为多孔质膜或多孔质纤维结构。

所述的方法的优选实施方式中，在200℃下从挤出机挤出由粘均分子量20万的聚乙烯48质量份、粘均分子量40万的聚丙烯3质量份和抗氧化剂构成的聚乙烯溶液，利用调温至25℃的冷却滚筒进行抽取，获得胶状成型物，双向拉伸至8×6.4倍，制成聚烯烃树脂多孔膜。由聚烯烃构成的凸起不规则地散布在所述聚烯烃制叠层多孔质膜的面上。凸起与添加例如无机粒子等而获得的凸起具有本质区别。对聚烯烃制叠层多孔质膜添加无机粒子而获得的凸起通常高度极小，如果需要以同样方法形成高度为0.5μm以上的凸起，则必须添加粒径与聚烯烃制叠层多孔质膜的厚度同等或更大的粒子。但如果添加这种粒子，聚烯烃制叠层多孔质膜的强度会降低。本发明凸起使聚烯烃制叠层多孔质膜的一部分表层成长为适当形状的隆起且不会降低聚烯烃制叠层多孔质膜的基本特性。凸起为5μm以上50μm以下且高度为0.5μm以上。凸起在将第一平均粒径的树枝状纳米金属颗粒和第二平均粒径的陶瓷颗粒附着到多孔质膜上时，会发挥固定器的功能，因此，这有利于第一平均粒径的树枝状纳米金属颗粒和第二平均粒径的陶瓷颗粒与多孔质膜形成接合特性强的糊状导电连接剂2。

所述的方法的优选实施方式中，作为构成聚烯烃树脂多孔质膜的聚烯烃树脂，优选为聚乙烯、聚丙烯。此外，也可以是单独1种或2种以上的不同聚烯烃树脂的混合物，例如聚乙烯和聚丙烯的混合物，也可以是不同烯烃的共聚物。聚乙烯的种类，可列举密度超过0.94g/cm3的高密度聚乙烯、密度为0.93g/cm3至0.94g/cm3范围的中密度聚乙烯、密度低于0.93g/cm3的低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯等，考虑到强度，优选含有高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯不仅可以是乙烯的均聚物，还可以是含有少量其他α-烯烃的共聚物。作为α-烯烃，可列举丙烯、丁烯-1、己烯-1、戊烯-1、4-甲基戊烯-1、辛烯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等。使用超高分子量聚乙烯，整个膜的分子网络牢固，因此不容易发生不均匀变形，可以获得物性均一性优异的微多孔膜。

所述的方法的优选实施方式中，所述的聚烯烃制叠层多孔质膜的宽度方向的最大收缩率小于5％。

所述的方法的优选实施方式中，所述有机溶剂包括1，4-丁二醇、、1-乙氧基-2-丙醇、乙二醇或三乙二醇。有机溶剂没有残留且提高了树枝状纳米金属颗粒和陶瓷颗粒的分散性。

所述的方法的优选实施方式中，第一金属部件1的连接表面和第二金属部件3的连接表面在贴合所述糊状连接剂前均进行电晕处理或uv处理。这进一步提高了连接性能。

所述的方法的优选实施方式中，预定压力为100-200mpa，预定时刻相关于所述糊状连接剂的材料。当材料沸点低，预定时刻相对短。反之亦然。

所述的方法的优选实施方式中，在所述待连接区域旋涂糊状导电连接剂2，所述第一重量份与第二重量份的比值基于导电性而调节。本发明通过比值可以得到期望的导电性能。在需要的情况下，陶瓷颗粒可减少到忽略不计。

所述的方法的优选实施方式中，多孔质纤维结构具有纤维素纤维及金属的纤维复合体，在纤维素纤维的表面的至少一部分承载有金属的至少一部分。纤维素纤维的结晶度为0％以上且50％以下，结晶度是指通过广角x射线衍射测定而如下测定的值。纤维素纤维的平均纤维直径为1nm以上且1μm以下，纤维素纤维的平均纤维长度为1mm以上且1m以下。纤维素纤维的纤维长度能够通过分析在测定上述平均纤维直径时使用的电子显微镜观察图像而求出。纤维复合体作为承载金属的纤维素纤维而使用结晶度为0％以上且50％以下、平均纤维直径为1nm以上且1μm以下、平均纤维长度为1mm以上且1m以下的纤维，通过使用平均纤维直径及平均纤维长度在上述范围内的纤维素纤维，纤维复合体中的纤维素纤维的表面积增大，并且在表面附近生成适当的空隙或网眼结构。根据这种结构能够在纤维素纤维中均匀地承载足够量的金属颗粒，由于纤维素纤维的结晶度为0％以上且50％以下，因此可认为在构成纤维素纤维的纤维素分子的分子之间发挥的相互作用在某种程度上弱，因此纤维素分子与金属颗粒的亲和性变高。

在一个实施例中，纤维素纤维由包含纤维素或其衍生物的1根纤维、或者由多根该纤维构成的聚合体。纤维素纤维优选含有作为纤维素的衍生物的纤维素酰化物。在一个实施例中，纤维素酰化物为纤维素酯，该纤维素酯中构成纤维素的羟基即构成存在于与β-1,4键合的葡萄糖单元的2位、3位及6位上的游离的羟基的氢原子的一部分或全部被酰基取代。纤维素酰化物的数均分子量优选为40,000以上，更优选为40,000～150,000，进一步优选为60,000～100,000。作为纤维素的原料，例如优选棉短绒等的原料。其中，从能够制作半纤维素量少且纤维直径的均匀性提高的纳米纤维的理由考虑，优选源于棉短绒的原料。纤维素的原料优选在酰化之前进行与活化剂接触活化。作为活化剂，具体而言，可以举出例如乙酸、丙酸及丁酸等，其中，优选乙酸。活化剂的添加量相对于纤维素的原料优选为5质量％～10000质量％，更优选为10质量％～2000质量％，进一步优选为30质量％～1000质量％。添加方法能够从喷雾、滴加及浸渍等方法中进行选择。活化时间优选为20分钟～72小时，更优选为20分钟～12小时。活化温度优选为0℃～90℃，更优选为20℃～60℃，在活化剂中也能够添加相对于活化剂0.1～30质量％的硫酸等酰化催化剂。

金属颗粒只要承载于纤维素纤维的表面的至少一部分，则可以承载于纤维素纤维的整个表面，也可以承载于多根纤维素纤维的聚合体的内部。金属颗粒可以是银、铜等，这些可以单独使用一种，也可以并用2种以上。金属粒子优选作为分散于溶剂中的金属粒子分散液而使用。溶剂只要能够分散金属粒子且在上述纤维素纤维的表面润湿扩散，则并无特别的限定，例如能够广泛地使用水、醇类、醚类及酯类等有机溶剂。

金属粒子分散液可以含有分散剂。作为分散剂，例如可以举出烷基胺、烷烃硫醇及链烷二醇等低分子型分散剂、以及具有各种官能团的高分子型分散剂等。

纤维的制作方法用静电纺丝法制作，将上述纤维素酰化物溶解于溶剂中的溶液，设为5℃以上且40℃以下范围内的恒定温度，并使其从喷嘴的前端排出，在溶液与集电极之间施加电压，从溶液向集电极喷出纤维，由此能够制作纳米纤维。

在一个实施例中，糊状导电连接剂2还包括助燃剂，进一步地，所述助燃剂加热后无残留。

在一个实施例中，多孔质结构体具有贯穿孔。

在一个实施例中，树枝状银纳米颗粒的制备：在100ml的蒸馏水溶液中，加入1g的硝酸银，然后在磁力搅拌器下使其完全溶解，然后加入5x5cm2大小的铜箔，反应10min后得到树枝状银纳米颗粒，在乙醇溶液中洗涤三次，在真空度小于0.01mpa的条件下室温干燥10h。

在一个实施例中，树枝状银纳米颗粒的制备：在100ml的蒸馏水溶液中，加入0.5g的硝酸银，然后在磁力搅拌器下使其完全溶解，然后加入5x5cm2大小的铜箔，反应10min后得到树枝状银，在乙醇溶液中洗涤三次，在真空度小于0.01mpa的条件下室温干燥10h。

在一个实施例中,树枝状银纳米颗粒最好使用平均粒径为12-14μm。可以提高分散性和稳定性，因此可以大幅度降低确保分散性和稳定性所需的有机物溶剂的量。树枝状银纳米颗粒的中心呈放射状延伸。

涂覆是将待连接区域涂成面状，也包括涂成线状。面状或线状可以是连续的也可以是不连续的，也可以包含连续的部分和不连续的部分。涂覆可以是浸渍，丝网印刷，喷射式，网球场式，自旋涂层式，喷墨式，分配器式，针传送法，利用刷毛的涂布方式，流延式，弗莱基索式，照相凹版式或注射器式中进行选择。

加热可以使用烤箱，加热时间并不是特别限定的，只要连接形成且无残留即可。

所述第一金属部件1和第二金属部件3为功率元器件的部件，其分别连接不耐热的功率元器件其他部件。

工业实用性

本发明的功率元器件的金属连接方法可以在半导体领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，所述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，所述细节并不限制本申请为必须采用所述具体的细节来实现。

如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。