无压烧结银膏应该怎样脱泡，手段有哪些？

氮化镓（GaN）芯片，特别是在高功率、高频应用场景下，对封装互连材料的可靠性和散热性能要求极高。无压烧结银膏作为一种理想的键合材料，其烧结前的“脱泡”处理是确保烧结后形成致密、无孔洞、高导热导电银层的关键工序。

以下是目前业界和研究中常用的无压烧结银膏脱泡手段，可以分为三大类：

一、 膏体混合与制备阶段的脱泡
这是在银膏使用前，对膏体本身进行的预处理。

离心脱泡

原理：利用高速旋转产生的离心力，将密度远小于银颗粒的气泡“甩”到容器顶部并汇集破裂。

方法：将注射器或罐装银膏放入离心机中，设置合适的转速和时间。

优点：处理量大，可同时对多支银膏进行操作，效率高。

缺点：过高的转速或过长时间可能导致银颗粒因密度差异而发生轻微沉降（虽然烧结银膏通常设计为高稳定性，但仍需注意）。需要优化工艺参数。

行星搅拌脱泡

原理：这是一种更高效的混合兼脱泡方法。容器在自转的同时进行公转，膏体在复杂的运动中被不断拉伸、挤压，使气泡在剪切力和真空（如果配合真空室）作用下被有效去除。

方法：使用专用的行星式搅拌机，通常可以设置在真空环境下进行。

优点：脱泡和混合（如回温后恢复膏体均匀性）效果极佳，能获得非常均匀、致密的膏体。

缺点：设备成本较高，通常用于银膏生产厂商或大型封装厂。

二、 涂覆/印刷前后的在线脱泡
这是在将银膏施加到基板或芯片上的过程中进行的即时处理。

真空脱泡

原理：这是最常用、最有效的脱泡方法。将待涂覆的银膏（如在注射器中）或已印刷好银膏的基板，放入真空腔室内，抽至高真空（通常要求达到 10⁻² Pa 甚至更高 的真空度）。在低气压下，气泡内部压力远大于外部环境，会迅速膨胀并迁移至表面破裂。

方法：

膏体真空处理：将装有银膏的注射器放入真空箱中脱泡后再进行点胶或印刷。

基板真空处理：在丝网印刷或点胶后，立即将整个基板放入真空箱中进行短暂脱泡，以去除印刷过程中卷入的气泡。

优点：效果显著，能去除绝大部分肉眼不可见的微米级气泡。工艺成熟，易于集成到生产线中。

缺点：需要真空设备，单个循环需要一定时间（通常几分钟），可能对生产效率有轻微影响。需要特别注意真空度的稳定性。

静置脱泡

原理：利用膏体自身的流变特性，让气泡在静置过程中依靠浮力缓慢上升到表面。

方法：在印刷或点胶后，让基板在室温下水平静置一段时间。

优点：成本极低，操作简单。

缺点：效率极低，耗时长，且对于高粘度的烧结银膏效果非常有限，只能去除极少部分较大的气泡。通常不作为主要手段，仅作为辅助或不得已时的选择。

三、 烧结工艺过程中的气泡控制
即使前序脱泡做得很好，烧结升温和保温阶段的工艺参数也会影响最终银层的致密性。

优化的烧结温度曲线

原理：烧结过程是银颗粒表面有机溶剂（载体）的挥发和银颗粒之间熔合的过程。如果升温过快，有机载体会迅速气化沸腾，形成新的气孔。

方法：

设置低温保温区：在溶剂沸点附近（例如150-250°C）设置一个缓慢升温或保温平台，让有机载体有足够的时间平缓、彻底地挥发，而不是剧烈沸腾。

控制升温速率：在整个升温过程中，特别是低温到中温阶段，采用适中的升温速率（如5-10°C/分钟）。

优点：从根源上防止了烧结过程中新气泡的产生。

缺点：会略微延长整个烧结工艺的周期时间。

气氛辅助烧结

原理：在还原性气氛（如甲酸蒸气）或惰性气氛（如氮气、氩气）中进行烧结。还原性气氛可以去除银颗粒表面的氧化物，降低烧结活化能，促进致密化；同时，特定的气氛环境也有助于有机物的分解和排出，减少碳残留和孔隙。

方法：在管式炉或箱式炉中通入特定气体进行烧结。

优点：不仅能辅助脱泡，还能显著提高烧结质量和银层的导电导热性能。

缺点：需要气氛控制系统，增加设备和工艺复杂性。

总结与建议
对于GaN芯片的无压烧结银工艺，要达到最佳的可靠性，推荐采用组合拳式的脱泡策略：

标准最佳实践流程：

前处理：银膏从冰箱取出回温后，在使用前进行 离心脱泡 （或使用经行星搅拌脱泡处理的银膏）。

在线处理：在丝网印刷或点胶后，立即将基板放入 真空箱 中进行短时间（如2-5分钟）的 在线真空脱泡，以去除印刷过程中卷入的气泡。

烧结工艺：在烧结炉中，采用 优化的烧结温度曲线（特别是包含低温保温区），并在 惰性或还原性气氛 下完成烧结。

通过这种多阶段、多手段的协同作用，可以最大限度地消除气泡，确保烧结后的银层达到高致密度、低孔隙率（通常要求<5%）的理想状态，从而充分发挥GaN芯片的高性能优势。