專利名稱：電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用電流燒結技術進行電子器件中銅與銅粘接的方法，如匯流條同基板的粘接，通過施加壓力及導通大電流實現(xiàn)燒結納米銀焊膏粘接電子器件，屬于功率電子封裝中的燒結新技術領域。
背景技術：
目前國內(nèi)外利用燒結納米銀焊膏粘接電子器件采用的主要方法是加壓燒結，通過幾段一定溫度的保溫過程和燒結過程中施加壓力完成納米銀焊膏的燒結行為，需要加熱臺和熱壓機兩種設備。但是這種方法存在很多問題，首先必須設定不同階段的加熱溫度，每一個加熱溫度都對應一臺設備，完成燒結需要的設備很多，另外加壓階段無法保證同時壓許多電子器件時，使每個電子器件都能夠均勻受力，因此產(chǎn)品質(zhì)量的分散性較大，最后每一加熱階段的時間較長，完成全部燒結需要時間很長，比較耗時。因此，這種方法的效率并不高， 其適用性有限，不利于普及推廣。為此，有必要研究新的燒結方法，實現(xiàn)快速高效的燒結。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中的不足提出的一種新的電流燒結技術燒結納米銀焊膏實現(xiàn)銅-銅粘接的方法及實現(xiàn)該燒結方法的裝置。本發(fā)明的技術方案如下一種電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法，利用試驗機控制器施加壓力P，調(diào)節(jié)導通電流I和通電時間T來實現(xiàn)燒結1)將試驗機的試驗參數(shù)進行預設、測控和自動記錄；2)試驗機經(jīng)過承壓導電模具對粘接器件施加壓力和導通大電流；3)脈沖直流或高頻交流電流同時通過模具和試樣；將制好的納米銀焊膏粘接器件放入承壓導電模具中間，試驗機按照設定好的參數(shù)進行運行后，通過承壓導電模具對試樣施加的壓力和電流完成納米銀焊膏的燒結，實現(xiàn)銅-銅的粘接。所述的電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法中導通的脈沖直流或高頻交流大電流I使納米銀晶粒表面容易活化，通過表面擴散的物質(zhì)傳遞過程得到促進。所述的電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法，燒結過程中導通的大電流會產(chǎn)生極高的溫度，這引起晶粒表面熔化并在晶粒接觸點處形成頸部，促進材料的燒結。實現(xiàn)燒結納米銀焊膏粘接銅器件的裝置，由試驗機控制器和承壓導電模具組成； 承壓導電模具由上加載板和下托盤構成，下托盤用來放置試樣，上加載板為上下移動裝置， 下移對試樣施加壓力，同時能在模具上加可控的脈沖電流，脈沖電流既通過模具也通過試樣本身；完成燒結后上移，取出試樣。具體步驟是將涂有納米銀焊膏的銅器件預熱后放入下托盤5上，打開試驗機控制器調(diào)節(jié)參數(shù)，使上加載板1向下移動并在接觸到器件2施加壓力的同時導通電流，加壓通電完成后，上加載板1向上移動離開器件2，此時壓力和電流消失，即完成納米銀焊膏的燒結。在一個銅器件上平整的刮一層焊膏，焊膏的面積為大于粘接器件，保證能將粘接器件完全放在焊膏上。所述的上加載板1對器件2施加壓力并導通電流的時間為1 2s。所述的銅器件預熱在加熱塊上預熱。所述的試驗機對粘接器件施加壓力和導通大電流是通過一個承壓導電模具實現(xiàn)的。所述的模具由銅或不銹鋼等導電金屬制成，為平整的方板形如附圖中的1和5。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，完成納米銀焊膏的燒結實現(xiàn)銅-銅粘接是瞬間的，能夠大大提高生產(chǎn)中的效率，節(jié)約了能源和時間，一臺試驗機可以提供多種條件下的燒結，只需一個加熱塊和一臺加壓通電試驗機即可完成燒結，提高了設備的效率，這大大降低了生產(chǎn)中的成本。且該方法簡單易操作。此外，此方法完成的納米銀焊膏燒結提供的界面粘接強度遠遠高于傳統(tǒng)燒結技術，致密度高，力學性能好，能夠大大提高器件的使用壽命。


圖1為所述試驗裝置的示意圖；圖2為所述實驗裝置在實驗中的示意圖；圖中1上加載板、2粘接器件、3納米銀焊膏、4被粘接器件、5下托盤 6、試驗機控制器
具體實施例方式本發(fā)明是通過對涂有焊膏的器件預熱后進行加壓通電完成的納米銀焊膏的燒結， 完成此燒結只需一個加熱塊和一臺加壓通電試驗機。采用如圖1所示的裝置，由試驗機控制器和承壓導電模具組成；承壓導電模具由上加載板和下托盤構成，下托盤用來放置試樣，上加載板為上下移動裝置，下移對試樣施加壓力，同時能在模具上加可控的脈沖電流，脈沖電流既通過模具也通過試樣本身；完成燒結后上移，取出試樣。具體步驟采用如圖2所示，是將涂有納米銀焊膏的銅器件預熱后放入下托盤5上， 打開試驗機控制器調(diào)節(jié)參數(shù)，使上加載板1向下移動并在接觸到器件2施加壓力的同時導通電流，加壓通電完成后，上加載板1向上移動離開器件2，此時壓力和電流消失，即完成納米銀焊膏的燒結。在一個銅器件上平整的刮一層焊膏，焊膏的面積為大于粘接器件，保證能將粘接器件完全放在焊膏上。首先，在一個銅器件上平整的刮一層焊膏，焊膏的面積為大于粘接器件，保證能將粘接器件完全放在焊膏上。然后，將涂有焊膏的被粘接器件放在70°C的加熱塊上保溫lOmin，IOmin后從加熱塊上拿下放置于空氣中，立即在焊膏上放置粘接器件，保證焊膏和粘接器件完全接觸。打開試驗機，該試驗機由試驗機控制器和承壓導電模具組成。調(diào)好附圖中6試驗機控制器的壓力P、電流大小I和通電時間T的參數(shù)，如該實驗所用的參數(shù)為工作壓力 ^igf、電流1萬安培、通電時間500ms。通過試驗機的承壓導電模具對粘接器件施加壓力和導通大電流。承壓導電模具由上加載板和下托盤構成，下托盤用來放置試樣，上加載板為上下移動裝置，下移對試樣施加壓力，同時能在模具上加可控的脈沖電流，脈沖電流既通過模具也通過試樣本身；完成燒結后上移，取出試樣。將粘接試樣放在試驗機模具的下托盤5上，開始實驗后通過上加載板1向下移動并在接觸到器件2施加壓力的同時導通電流，加壓通電完成后，上加載板1向上移動離開器件2，取出試樣。對粘接試樣施加的壓力和導通的大電流產(chǎn)生的熱量使納米銀焊膏完成燒結，將兩個電子器件粘接在一起。實驗結果為兩個裸銅的電子器件粘接在一起后，其界面處得粘接強度能達到 102MPao按照傳統(tǒng)的燒結方式粘接相同的銅器件，在被粘接器件上涂相同厚度的焊膏，將其放在70°C的加熱塊上保溫lOmin，IOmin后從加熱塊上拿下放置于空氣中，立即在焊膏上放置粘接器件，將做好的試樣放在熱壓機上加壓5MPa加熱溫度為225°C保持lOmin，之后從熱壓機上拿下直接放到275°C的加熱塊上保溫IOmin完成納米銀焊膏的燒結。實驗結果為，粘接界面的粘接強度為60MPa左右?？煽闯鲂碌臒Y方式比原有的加壓燒結能獲得更高的粘接強度，且整個燒結時間明顯縮短。
權利要求
1.一種電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法，其特征是利用試驗機控制器施加壓力P， 調(diào)節(jié)導通電流I和通電時間T來實現(xiàn)燒結1)將試驗機的試驗參數(shù)進行預設、測控和自動記錄；2)試驗機經(jīng)過承壓導電模具對粘接器件施加壓力和導通大電流；3)脈沖直流或高頻交流電流既通過模具和試樣；將制好的納米銀焊膏粘接器件放入承壓導電模具中間，試驗機按照設定好的參數(shù)進行運行后，通過承壓導電模具對試樣施加的壓力和電流完成納米銀焊膏的燒結，實現(xiàn)銅-銅的粘接。
2.權利要求1所述的電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法，其特征是導通的脈沖直流或高頻交流大電流I使納米銀晶粒表面容易活化，通過表面擴散的物質(zhì)傳遞過程得到促進。
3.權利要求1所述的電流燒結技術實現(xiàn)銅-銅粘接的方法，其特征是燒結過程中導通的大電流會產(chǎn)生極高的溫度，這引起晶粒表面熔化并在晶粒接觸點處形成頸部，促進材料的燒結。
4.實現(xiàn)燒結納米銀焊膏粘接銅器件的裝置，其特征是由試驗機控制器和承壓導電模具組成；承壓導電模具由上加載板和下托盤構成，下托盤用來放置試樣，上加載板為上下移動裝置，下移對試樣施加壓力，同時能在模具上加可控的脈沖電流，脈沖電流既通過模具也通過試樣本身；完成燒結后上移，取出試樣。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征是將涂有納米銀焊膏的銅器件預熱后放入下托盤 (5)上，打開試驗機控制器調(diào)節(jié)參數(shù)，使上加載板(1)向下移動并在接觸到器件( 施加壓力的同時導通電流，加壓通電完成后，上加載板(1)向上移動離開器件O)，此時壓力和電流消失，即完成納米銀焊膏的燒結，實現(xiàn)銅-銅粘接。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征是在一個銅器件上平整的刮一層焊膏，焊膏的面積為大于粘接器件，保證能將粘接器件完全放在焊膏上。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征是所述的上加載板(1)對器件( 施加壓力并導通電流的時間為1 2s。
8.如權利要求5所述的裝置，其特征是所述的銅器件預熱是在加熱塊上預熱。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種電流燒結技術進行電子器件中銅與銅粘接的方法及完成該燒結方法的裝置，屬于功率電子封裝中的燒結新技術領域。該方法由加熱臺和加壓通電試驗機兩臺設備完成，其中加壓通電試驗機能夠調(diào)節(jié)試驗中的壓力、電流大小和通電時間，通過承壓導電模具對粘接器件施加壓力和導通電流。承壓導電模具由上加載板和下托盤組成。將預熱好的涂有納米銀焊膏的粘接銅器件放置于下托盤上，當上加載板施加壓力時導通電流，實現(xiàn)納米銀焊膏的燒結。該方法具有效率高，成本低，操作方便，粘接強度高的優(yōu)點。根據(jù)本實驗方法做出的裸銅與裸銅的粘接，其界面的粘接強度已經(jīng)達到了102MPa，大大超出了傳統(tǒng)的燒結方法得到的粘接強度。
文檔編號B23K3/00GK102554383SQ20121001082
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者曹云嬌, 梅云輝, 陸國權, 陳剛 申請人:Nbe科技發(fā)展有限公司, 天津大學