一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置；包括不锈钢支架及固定在支架上的不锈钢真空电炉、炉盖、手轮和丝杠；炉盖上表面和丝杠连接处设有压力传感器，万向压头从炉盖上表面贯穿至真空电炉内；真空电炉前侧壁面上密封连接有观察窗；真空电炉侧壁上密封连接有两个通气阀和一个真空阀，通过气体管路与真空泵、气瓶相连；通气阀另一侧密封连接有压力表，压力表正上方设置有真空电阻规；真空电炉内有加热台，通过热电偶和热电极与外部温控仪相连。本装置结构合理，可集成通入气氛、提供真空环境、加压和精确控制烧结气氛配比等功能，干燥过程和加压烧结过程可在同一烧结炉中进行，操作简单。

A device for sintering large area nano silver solder paste with a controllable atmosphere pressure

The utility model discloses a device for pressure assisted sintering of large area nano silver paste of controllable atmosphere; including stainless steel stents and stainless steel vacuum furnace, the furnace cover is fixed on the bracket, a handwheel and screw and screw on the surface; the furnace cover is connected with the pressure sensor, 000 to head from the furnace cover is penetrated to the surface vacuum electric furnace; the observation window is connected with a vacuum sealing furnace front wall; two ventilation valve and a vacuum valve connected with a vacuum furnace side wall, connected by a gas pipeline and a vacuum pump, cylinder; the other side of the vent valve is hermetically connected with a pressure gauge, pressure gauge vacuum resistance gauge set just above in a vacuum furnace; heating station, the thermocouple and thermal electrode is connected with external temperature controller. The device is reasonable in structure, and can be integrated into the atmosphere, providing vacuum environment, pressurizing and precisely controlling the ratio of sintering atmosphere. The drying process and pressurized sintering process can be carried out in the same sintering furnace, and the operation is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置
本技术涉及一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置，具体涉及一种为利用压力辅助烧结大面积纳米银焊膏连接功率器件于铜基板或覆铜陶瓷基板(DBC)提供可控烧结气氛的加热装置，及在可控气氛环境中压力辅助烧结纳米银焊膏连接功率器件于铜表面的方法。
技术介绍
低温烧结纳米银焊膏因其烧结温度低、熔点高、导电导热性能好及可靠性高等优点，已逐步替代焊料互连、导电胶固化等其他芯片互连技术，成为电子封装领域的研究热点。为保证基板和焊膏层间的良好连接，目前市场上多采用表面镀有银层的铜基板或DBC基板，但这无疑增加了生产成本，且银镀层和铜表面之间成为了易产生裂纹源部位。这使得芯片与裸铜间的连接成为了电子产业的关注焦点。纳米银焊膏是纳米级银颗粒与有机物组成的混合物，一定温度下有机物需在氧气中完全热解，才能保证银颗粒间形成烧结颈和致密化行为不受阻碍，形成固相连接，而金属铜受热会发生氧化，严重影响接头性能。因此芯片与铜表面的连接需控制烧结气氛的含氧量，或在一定的惰性气氛中进行，如氮气与氢气组成的混合气体。但究竟含氧量为多少，何种烧结气氛下接头质量最好，则有待进一步研究。低温烧结纳米银焊膏应用于大面积芯片连接时，由于有机物挥发和氧扩散不完全，常会引起芯片顶起、连接性能差等问题。为此往往需要在烧结过程施加压力，提供烧结驱动力，提高接头的连接质量。因为实现芯片与铜表面的连接，需在惰性气氛干燥，在一定的真空环境或通入混合气氛加压烧结，因此烧结炉需兼具可通入惰性气氛、满足一定的真空度，亦可加压等功能。然而目前常见的烧结炉可控真空度较差、不能精确控制混合气氛的比例，且不能兼具抽真空、施压，及通入可控混合气氛的功能。因此需要专利技术新的装置，可通入气氛对连接结构进行干燥，亦可提供真空环境、施加压力，来探索烧结气氛的含氧量及烧结工艺，进一步实现大面积功率芯片和铜表面的可靠连接。
技术实现思路
本技术是针对低温烧结纳米银焊膏实现大面积功率芯片和铜表面连接要求，提出了一种结构合理、安全可靠、可操作性强的可控气氛压力辅助烧结纳米银焊膏的装置，及一种可控气氛的压力辅助烧结纳米银焊膏的方法。本技术的技术方案如下：一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置，包括不锈钢支架及固定在支架上的不锈钢真空电炉、炉盖、手轮和丝杠；炉盖上表面和丝杠连接处设有压力传感器，万向压头从炉盖上表面贯穿至真空电炉内；真空电炉前侧壁面上密封连接有观察窗；真空电炉侧壁上密封连接有两个通气阀和一个真空阀，通过气体管路与真空泵、气瓶相连；通气阀另一侧密封连接有压力表，压力表正上方设置有真空电阻规；真空电炉内有加热台，通过热电偶和热电极与外部温控仪相连。所述不锈钢支架上设置有手轮和丝杠，通过手轮的回转运动转换成丝杠的直线运动，对炉内试样施压。所述不锈钢真空电炉上设有压力传感器，实时记录所施加压力值。所述不锈钢真空电炉内的万向压头，实现以15度角绕中心运动，自动校准，与试样表面保持平行。所述不锈钢真空电炉包括两个通气阀和一个真空阀，各通气阀通过气体管路与混气室或气瓶连接，真空阀通过气体管路可与真空泵连接，对炉内进行抽真空。所述不锈钢真空电炉外接混气室，混气室包含两个进气阀和出气阀，与进气阀相连的气体管路可连接两流量计，控制气体配比。利用本技术的装置实现可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的方法，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真空电炉内的加热台上；打开两通气阀，向某一通气阀通入氮气，开启温控仪，按照预先设定的各项参数干燥；干燥结束后，转动真空电炉上方的手轮，通过万向压头对加热台上的连接结构施加压力，所施压力可通过压力传感器读出；若需控制烧结气氛中的含氧量，打开真空阀，通过真空泵抽真空，直至达到所需真空度，关闭真空阀；若烧结气氛为混合气体，打开两个通气阀，向某一通气阀通入混气室中的混合气体，二者的配比通过流量计进行调节；待炉内空气排尽后，开启温控仪，加热台开始按照预先设定的各项参数烧结连接结构中的纳米银焊膏。本技术的效果：1、装置集成通入气氛、提供真空环境、加压和精确控制烧结气氛配比等功能，干燥过程和加压烧结过程可在同一烧结炉中进行，操作简单。2、按照图3的烧结工艺曲线，炉内含氧量为2000ppm时，接头的剪切强度最好。3、由于炉体为不锈钢结构，装置整体美观牢固。4、炉体上装有电阻规和压力表，可即时得知箱体内真空度、压力，操作性大大增强。5、烧结气氛中含氧量可通过抽真空精确控制，烧结气氛配比可通过混气室得到精确调节，进而探索合适的烧结气氛，控制精准。6、通过旋转手轮可对试样施压，万向压头可自动校准，与试样表面平行，可实现精确施压。附图说明图1：技术装置的外观结构示意图。图2：技术装置的剖面示意图。图3：该技术具体实施方式中采用的一种烧结工艺曲线。具体实施方式如图1、2所示，本技术的装置如下：一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置，包括不锈钢支架(1)及固定在支架(1)上的不锈钢真空电炉(2)、炉盖(3)、手轮(4)和丝杠(5)；所述炉盖(3)上表面和丝杠(5)连接处设有压力传感器(6)，万向压头(7)从炉盖(3)上表面贯穿至真空电炉(2)内；所述真空电炉(2)前侧壁面上密封连接有观察窗(8)；所述真空电炉(2)以观察窗(8)为中心，逆时针旋转方向上，密封连接有两个通气阀(9)和一个真空阀(10)，通过气体管路可与真空泵、气瓶相连；所述真空电炉(2)与通气阀(9)正对方向的另一侧密封连接有压力表(11)，压力表(11)正上方安有真空电阻规(12)；所述真空电炉(2)内有加热台(13)，通过热电偶和热电极与外部温控仪相连。所述不锈钢支架(1)上装有手轮(4)和丝杠(5)，通过手轮(4)的回转运动转换成丝杠(5)的直线运动，可对炉内试样施压。所述不锈钢真空电炉(2)上设有压力传感器(6)，可实时记录所施加压力值。所述不锈钢真空电炉(2)内的万向压头(7)，可实现以15度角绕中心运动，自动校准，与试样表面保持平行。所述不锈钢真空电炉(2)前侧面设有观察窗(8)，便于观察炉内试样。所述不锈钢真空电炉(2)包括两个通气阀(9)和一个真空阀(10)，各通气阀通过气体管路可与混气室或气瓶连接，真空阀通过气体管路可与真空泵连接，对炉内进行抽真空。所述不锈钢真空电炉(2)设有压力表(11)和真空电阻规(12)，可实时监测炉内的真空度和压强。所述不锈钢真空电炉(2)内装有加热台(13)，热电偶和热电极嵌入加热台内，可准确监测试样的温度。所述不锈钢真空电炉(2)可外接混气室，混气室包含两个进气阀和出气阀，与进气阀相连的气体管路可连接两流量计，精确控制气体配比。本技术可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏装置的操作过程如下：首先，将纳米银焊膏均匀涂抹在铜表面，制备芯片-纳米银焊膏-铜基板连接结构。然后打开炉盖，将该连接结构放置在加热台(13)上。打开两个通气阀(9)，通入氮气，打开温控仪，设定干燥过程中的各项参数。干燥结束后，旋转手轮(4)，观察压力传感器(6)，对该连接结构进行施压。若需精确控制炉内含氧量，关闭通气阀(9)，打开真空阀(10)，与真空泵连接，对炉内进行抽真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置，其特征是：包括不锈钢支架及固定在支架上的不锈钢真空电炉、炉盖、手轮和丝杠；炉盖上表面和丝杠连接处设有压力传感器，万向压头从炉盖上表面贯穿至真空电炉内；真空电炉前侧壁面上密封连接有观察窗；真空电炉侧壁上密封连接有两个通气阀和一个真空阀，通过气体管路与真空泵、气瓶相连；通气阀另一侧密封连接有压力表，压力表正上方设置有真空电阻规；真空电炉内有加热台，通过热电偶和热电极与外部温控仪相连。

【技术特征摘要】
1.一种可控气氛的压力辅助烧结大面积纳米银焊膏的装置，其特征是：包括不锈钢支架及固定在支架上的不锈钢真空电炉、炉盖、手轮和丝杠；炉盖上表面和丝杠连接处设有压力传感器，万向压头从炉盖上表面贯穿至真空电炉内；真空电炉前侧壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，李洁，梅云辉，陆国权，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12