【技術實現步驟摘要】
本申請涉及半導體器件制備，尤其是涉及一種低溫高壓納米銀燒結設備及工藝。
技術介紹
1、納米銀燒結是20世紀80年代末期研究出的一種低溫燒結技術，即納米銀在較低的溫度下，通過加壓或不加壓實現功率半導體器件與基板的互連方法；燒結銀有膏狀、點涂、印刷、膜狀，不同的產品和工藝對應不同的燒結銀材料；納米銀顆粒在一定溫度和壓力作用下進行固體間擴散，最后形成微觀多孔狀的結構；納米銀燒結可在低溫（＜300℃）條件下獲得耐高溫（＞700℃）和高導熱率（大約240?w/m·k）的燒結銀芯片連接界面，是最為適合于寬禁帶半導體模塊封裝的界面連接技術之一，是碳化硅模塊封裝中的關鍵技術，也是目前應用最為廣泛的技術。
2、納米銀燒結時，將納米銀顆粒加熱至其熔點以上，使納米銀顆粒表面熔化，同時發生凝固過程，使頂點之間發生互聯合并。這樣可以有效消除納米顆粒之間的間隙，得到更加致密均勻的銀膜；利用燒結技術可得到不同形態的納米銀，例如球形、扁平形、鏈狀等，對于不同應用領域具有更為廣泛的選擇性，從而能夠更好地滿足各種應用領域的需求。
3、與傳統連接方式相比，納米銀燒結后形成的連接層成分為銀，具有高度致密性和優異的導電性能、導熱性能、光電性能；穩定性好，機械強度高，長時間使用不易氧化、退化；銀的熔點高達961℃，不會產生熔點小于300℃的軟釬焊連接層中出現的典型疲勞效應，具有極高的可靠性；燒結材料不含鉛、鎘等元素，屬于環境友好型材料。大功率器件對于igbt的封裝與燒結都具有非常高的要求，許多企業也致力于尋找各類可靠的方法提升其燒結電導率，這就容易
4、壓力是影響納米銀燒結品質的核心要素，壓力的大小直接影響燒結后的空洞率、導熱率、推拉力以及銀層厚度。因此如何提供準確，穩定的燒結壓力是車規級功率模塊散熱以及可靠性的關鍵。現有納米銀燒結設備的壓頭主要有三種形式：1、整體式壓頭，就是用整塊板下壓，同時覆蓋數個amb，同時壓幾十個芯片；由于受模具板、產品夾具平整度影響以及芯片自身厚度公差影響，用一整張鋼板同時壓，會出現有的芯片受力大，有的芯片受力小，即芯片壓力不均勻的現象；壓力大的可能出現裂紋甚至碎裂，受力小的則燒結強度不足。2、整體式壓頭與軟模頭的結合方式，即在整體式壓頭的下部增加一層軟的橡膠模頭，此種結構可略微減小部分芯片受力小的影響。但是依然存在以下問題：橡膠模頭不耐用，易損壞；不同芯片表面受力依然不均勻。3、氣動多壓頭技術，采用定制的高壓氣缸針對單個芯片驅動單個壓頭進行施壓，通過改變高壓氣缸的氣壓大小改變實際壓力，其雖然可以保證每個芯片的受力；但是由于氣體易壓縮，氣壓在高壓情況下（10mpa以上），精度不易控制，而且氣源為工廠氣源，工廠氣源整體的氣壓波動會影響輸出氣源，進而影響壓頭壓力；另外，傳統的工藝及設備整體工作效率低，交期長。
技術實現思路
1、為了提高納米銀燒結的效率和質量，本申請提供一種低溫高壓納米銀燒結設備及工藝。
2、第一方面，本申請提供的一種低溫高壓納米銀燒結設備采用如下的技術方案：
3、一種低溫高壓納米銀燒結設備，包括機架，所述機架上上下相對設置有上模和下模，所述下模下方設置有用于驅動所述下模上下往復移動的驅動件；
4、所述上模上設置有朝向所述下模的多模態壓頭組件，所述多模態壓頭組件包括若干個壓塊以及能夠單獨控制每個壓塊的液壓缸；
5、所述下模上設置有加熱平臺，所述加熱平臺上設置有夾具，所述夾具上可拆卸的設置有上蓋板，所述夾具與所述上蓋板之間能夠形成用于放置待燒結的半導體器件的密閉腔；
6、所述加熱平臺以及所述多模態壓頭組件內均設置有加熱組件和冷卻組件。
7、本申請中采用單芯片單壓頭的結構，可以保證每個芯片的受力情況，可以兼顧不同高度的芯片或夾子；實現了每個芯片在燒結過程中能夠獲得精確可控的壓力，解決了現有技術中存在的芯片壓力不均勻的問題，提高了燒結的質量和成品率。通過采用上述技術方案，本申請中允許在同一基板上處理不同大小和受力需求的芯片，增強了設備的適用性和靈活性。加熱組件和冷卻組件的集成設計不僅加快了溫度調節的速度，提升了生產效率，同時也保證了燒結過程中溫度的精準控制，進一步保障了產品質量。此外，密閉腔的設計配合抽真空或充氮氣功能，有效隔絕了外界空氣，防止了燒結過程中氧化現象的發生，保證了燒結界面的高質量。
8、本申請中預熱、燒結、冷卻三合一，人工只需入口上料，出口取料，中間過程全自動實現，大大節省了人工工作量，而且品質更加統一。
9、本申請中預熱工位和燒結工位自帶冷卻回路，可以快速降溫，實現整個設備的快速換型。
10、可選的，所述夾具上具有用于對所述密閉腔內抽真空的空氣通道或用于向所述密閉腔內供給氮氣的氮氣通道，所述密閉腔內設置有用于測量密閉腔內真空度的真空計和測量密閉腔內氧氣含量的氧分析儀；所述空氣通道連通有真空泵，所述氮氣通道連通有充氣泵。
11、通過采用上述技術方案，實現了在燒結過程中有效地創建和維持一個無氧環境，確保納米銀燒結的質量不受空氣中氧氣的影響，從而提升了燒結層的導電性和熱穩定性。同時，通過對密閉腔內真空度和氧氣含量的實時監測，確保了燒結環境參數的精準控制，提高了燒結成功率和產品質量的一致性。
12、可選的，所述加熱平臺上的加熱組件包括設置在所述加熱平臺內的加熱棒，所述加熱平臺上的冷卻組件包括位于所述加熱平臺內的水流通道；
13、所述多模態壓頭組件還包括基板，所述壓塊滑動穿過所述基板，所述基板遠離所述下模的一側依次設置有加熱板和冷卻板，所述多模態壓頭組件中的加熱組件包括設置在所述加熱板內的加熱棒，所述多模態壓頭組件中的冷卻組件包括位于所述冷卻板內的水流通道；
14、所述水流通道連接有水閥系統；所述加熱平臺及所述加熱板內還設置有溫度計。
15、通過采用上述技術方案，實現了加熱平臺和多模態壓頭組件的高效加熱與精準冷卻，確保了燒結過程中的溫度均勻性和可控性。加熱棒的設計能夠快速升高溫度，滿足納米銀燒結所需的高溫條件，而內置的水流通道配合水閥系統，可以迅速帶走熱量，加速冷卻過程，減少設備的整體運行時間，提高了生產效率。溫度計的設置進一步提升了溫度監測的準確性，保證了燒結質量的同時降低了能耗。
16、可選的，所述加熱棒為電加熱棒，所述加熱棒有若干個且沿所述加熱平臺以及加熱板的寬度方向間隔嵌設。
17、通過采用上述技術方案，實現了加熱棒在加熱平臺和加熱板內的均勻分布，確保了加熱區域的溫度一致性，提高了燒結過程的穩定性和可靠性。電加熱棒的設計不僅便于安裝和維護，而且響應速度快，能夠迅速達到所需的加熱溫度，有利于提高燒結效率。同本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種低溫高壓納米銀燒結設備，包括機架(10)，所述機架(10)上上下相對設置有上模(20)和下模(30)，所述下模(30)下方設置有用于驅動所述下模(30)上下往復移動的驅動件(40)；
2.根據權利要求1所述的低溫高壓納米銀燒結設備，其特征在于，所述夾具(140)上具有用于對所述密閉腔內抽真空的空氣通道(90)或用于向所述密閉腔內供給氮氣的氮氣通道(100)，所述密閉腔內設置有用于測量密閉腔內真空度的真空計和測量密閉腔內氧氣含量的氧分析儀；所述空氣通道(90)連通有真空泵，所述氮氣通道(100)連通有充氣泵。
3.根據權利要求1或2所述的低溫高壓納米銀燒結設備，其特征在于，所述加熱平臺(60)上的加熱組件(70)包括設置在所述加熱平臺(60)內的加熱棒(71)，所述加熱平臺(60)上的冷卻組件(80)包括位于所述加熱平臺(60)內的水流通道(81)；
4.根據權利要求3所述的低溫高壓納米銀燒結設備，其特征在于，所述加熱棒(71)為電加熱棒(71)，所述加熱棒(71)有若干個且沿所述加熱平臺(60)以及加熱板的寬度方向間隔嵌設。
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