【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
：本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種高溫半導(dǎo)體制冷器件及封裝方法。
技術(shù)介紹
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技術(shù)介紹
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1、半導(dǎo)體制冷片是一種基于半導(dǎo)體材料的制冷技術(shù)，可以實現(xiàn)快速制冷和加熱，非常適合于需要快速溫度控制的應(yīng)用場景，具有體積小、可靠性高、無污染排放、使用溫度范圍廣等特點，是保障高熱流密度電子器件、光電器件、激光傳感器件、醫(yī)療檢測器件穩(wěn)定運行的關(guān)鍵零部件。
2、常用的熱電晶粒-基板互連材料為無鉛焊料、金錫焊料等，而焊料的熔融溫度通常需要比器件工作溫度高100-300k，由于焊料熔融溫度較低，導(dǎo)致器件工作溫度更低，難以在高溫條件下發(fā)揮作用。同時由于焊料具有較低的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和熔點，難以滿足半導(dǎo)體制冷器件的高溫、高功率密度的封裝應(yīng)用需求。燒結(jié)銀焊膏的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和可靠性有了大幅度提升，并且燒結(jié)銀熔點超過900℃，適用于需要耐高溫服役的半導(dǎo)體制冷片。鎳金屬層是熱電晶粒最常見的金屬化層，但鎳在燒結(jié)過程中會發(fā)生氧化，鎳的氧化物會阻礙銀與鎳形成金屬鍵連接，進而降低連接強度，而且鎳與銀在固態(tài)下幾乎完全不溶，不能形成固溶體或合金，在低溫燒結(jié)時形成連接強度較高的銀-鎳互連接頭比較困難，銀-鎳相互擴散速率較慢，所以銀-鎳界面連接強度較低。同時傳統(tǒng)焊料封裝過程中會在焊接過程中造成焊接空洞，導(dǎo)致器件可靠性及輸運性能下降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
0、
技術(shù)實現(xiàn)思路
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1、有鑒于此，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于提供一種高溫半導(dǎo)體制冷器件及封裝方法，本專利技術(shù)通過在熱電晶粒金屬化
2、一種高溫半導(dǎo)體制冷器件，包括上下兩塊基板，兩塊基板結(jié)構(gòu)相同，p型電臂和/或n型電臂位于兩塊基板之間。
3、進一步地，所述基板包括陶瓷板，陶瓷板的表面設(shè)置有銅電極，銅電極表面沉積有第一鎳金屬層，第一鎳金屬層的表面附著有第一泡沫鎳金屬層，第一泡沫鎳金屬層的表面印刷有納米銀焊料；p型電臂和/或n型電臂包括電臂基體，電臂基體的上下表面均沉積有第二鎳金屬層，第二鎳金屬層的表面附著有第二泡沫鎳金屬層。
4、一種高溫半導(dǎo)體制冷器件的封裝方法，包含以下步驟：
5、s1:制備基板；
6、s2：制備電臂基體；
7、s3:制備p型電臂和n型電臂；
8、s4：將兩塊基板和電臂進行固定；
9、s5:利用熱壓法對結(jié)構(gòu)進行燒結(jié)連接。
10、進一步地，s1具體為：
11、s1.1在兩個陶瓷板表面均通過燒結(jié)或刻蝕方法將銅電極附著在陶瓷基板表面，形成覆銅陶瓷基板；
12、s1.2：利用化學(xué)鍍的方法在銅電極的表面沉積3-5um的鎳金屬層，得到第一鎳金屬層，再利用電鍍法在第一鎳金屬層的表面沉積3-5μm鋅鎳合金；
13、s1.3：采用純度≥99.8％的冰醋酸20-200g，純度≥99.8％的脂肪醇聚氧乙烯醚60-300g，溶解到1000-3000ml的水中，制備選擇性腐蝕溶液；
14、s1.4：將s1.2中的覆銅陶瓷基板浸泡于腐蝕溶液，浸泡處理20-60min，通過選擇性腐蝕去除鋅；
15、s1.5：最后依次采用丙酮、乙醇和去離子水清洗，氮氣吹干，在第一鎳金屬層的表面制備具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第一泡沫鎳金屬層；
16、s1.6：在第一泡沫鎳金屬層的表面，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將納米銀焊料涂布在第一泡沫鎳金屬層的表面，得到第一塊基板；
17、s1.7：重復(fù)步驟s1.1-s1.6，制備第二塊基板。
18、進一步地，其中納米銀焊料為納米銀粒徑為50nm和10nm的雙峰納米銀漿，重量比為50：1。
19、進一步地，s2具體為：
20、將p型和n型熱電材料晶棒切成晶圓后，利用化學(xué)鍍的方法在切片的上下兩面沉積3-5μm鎳金屬層，得到第二鎳金屬層，再利用電鍍法在第二鎳金屬層的表面沉積3-5μm鋅鎳合金，得到電臂基體。
21、進一步地，s3具體為：
22、s3.1:采用純度≥99.8％的冰醋酸20-200g，純度≥99.8％的脂肪醇聚氧乙烯醚60-300g，溶解到1000-3000ml的水中，制備選擇性腐蝕溶液；
23、s3.2:將s2制備得到的電臂基體浸泡于腐蝕溶液中，浸泡處理20-60min，通過選擇性腐蝕去除鋅；
24、s3.3:最后依次采用丙酮、乙醇和去離子水清洗，氮氣吹干，從而在第二鎳金屬層的表面制備具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第二泡沫鎳金屬層，得到上下表面均具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)泡沫鎳金屬層的基體；
25、s3.4：將s3.3得到的上下表面均具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)泡沫鎳金屬層的基體粘貼到晶圓環(huán)上，使用劃片設(shè)備，將基體切割成指定面長比的晶粒，從而得到p型電臂和n型電臂。
26、進一步地，s4具體為：
27、將其中一塊基板水平放置，然后利用固晶設(shè)備將s3形成的p型電臂和n型電臂放置于涂布有納米銀焊料的基板電極上；之后利用合模裝置將另一塊涂布納米銀焊料的基板電極對準后固定到p型電臂和n型電臂另一面。最后兩塊基板和電臂固定成對稱的三明治結(jié)構(gòu)。
28、進一步地，s5具體為：
29、將s4得到的結(jié)構(gòu)以一定升溫速率在150-200℃下預(yù)熱。同時監(jiān)測制冷片電阻變化，預(yù)熱階段電阻變化小于5％/min則停止預(yù)熱，然后升溫至240-300℃進行保溫加熱，保溫加熱階段在制冷片表面施加0.5-1.5mpa的壓力，在保溫加熱階段電阻變化小于0.5％/min則停止保溫加熱。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
31、1、構(gòu)建了泡沫鎳合金層，利用納米多孔網(wǎng)絡(luò)，在熱壓作用下，快速與納米銀形成銀鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)，并結(jié)合在線工藝數(shù)字化監(jiān)測，實現(xiàn)高溫半導(dǎo)體制冷片規(guī)模化封裝工藝。
32、2、實現(xiàn)一種基于納米銀焊膏的耐高溫、高可靠性半導(dǎo)體制冷片，并形成可規(guī)?；圃斓姆庋b工藝，構(gòu)造泡沫狀鎳層，即能夠使納米銀嵌入泡沫空洞中，增強鏈接強度，同時泡沫狀結(jié)構(gòu)有利于焊接過程中有機物排除，防止空洞產(chǎn)生，能夠有效提高焊接強度、防止空洞產(chǎn)生、同時大大提高器件服役溫度和服役可靠性。
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1.一種高溫半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，包括上下兩塊基板，兩塊基板結(jié)構(gòu)相同，P型電臂和/或N型電臂位于兩塊基板之間。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高溫半導(dǎo)體制冷器件的封裝方法，其特征在于，包含以下步驟：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高溫半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，包括上下兩塊基板，兩塊基板結(jié)構(gòu)相同，p型電臂和/或n型電臂位于兩塊...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋曉輝，呂鵬，張景雙，趙華東，馬衛(wèi)紅，張偉，鄭海濱，張鵬飛，李金東，金貝貝，
申請(專利權(quán))人：河南省科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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