本发明属于新能源领域，具体涉及一种导热银膏及制备方法和应用以及碳化硅芯片和基板的连接方法。
背景技术：
1、近几年，随着锂电池新能源汽车的大幅度普及，全球各大主机厂纷纷加快碳化硅芯片的研究和应用，并在市场上推出了搭载800v碳化硅igbt芯片的车型。碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，具有宽禁带、高导热率特征，是高温、高压、高频、大功率应用场合下理想的半导体材料。碳化硅功率器件可显著提升电子设备的功率并降低能耗，从而有效提升电动汽车的使用体验。
2、目前碳化硅芯片和基板的连接技术主要包括两类：一类是传统的有铅或无铅焊接技术，此类技术是通过回流焊工艺使焊料熔化，以将碳化硅芯片和基板焊接在一起；另一类是近几年兴起的压力烧结工艺。压力烧结工艺一般使用以金属粉末为主要材料的导热金属膏(例如导热银膏、导热铜膏等)，先将导热金属膏印刷在基板上，然后在加热条件下将碳化硅预贴于基板上，最后置于烧结设备中并施以高温、高压，使导热属膏中的金属颗粒达到熔点后产生烧结，从而将碳化硅芯片和基板连接在一起。压力烧结工艺通过高温烧结将碳化硅芯片和基板连接在一起，但是由于烧结过程是在高温高压下进行的，烧结产生的体积收缩会使应力聚集在烧结层内，这种内应力会使得碳化硅芯片和基板连接失效概率增大，会严重影响芯片的可靠性。采用纯银粉制备的烧结银膏，虽然在烧结后孔隙率低、密实度高、导热系数高，但由于烧结后的银颗粒收缩并紧密堆积，因此会造成很大的内应力。这种内应力会使得igbt模组在冷热循环等可靠性测试时产生连接界面的破坏，进而使igbt模组失效。
3、为了降低银膏烧结产生的内应力，现有方法是在银膏配方中添加金属或非金属颗粒，其中，金属颗粒例如可以为钨粉、钼粉、镍粉等，非金属颗粒例如可以为硅粉、氧化硅粉等，此类添加物可以有效缓冲内应力，但也会带来负面作用，最典型的负面作用是，由于添加物的导热系数远小于纯银，因此烧结层的导热能力会明显减弱。
技术实现思路
1、本发明的第一目的在于克服采用传统的导热银膏经由压力烧结工艺将碳化硅芯片和基板连接在一起时存在内应力过大的缺陷以及采用添加金属或非金属颗粒后的导热银膏经压力烧结工艺将碳化硅芯片和基板连接在一起时存在导热性能低的缺陷，而提供一种新的导热银膏，采用该导热银膏经压力烧结工艺将碳化硅芯片和基板连接在一起时，所得烧结层兼具有内应力小以及导热性能好的优势。
2、本发明提供的导热银膏中含有质量比为100:(0.3～4.5):(5～40):(0.1～1.5):(0.1～1.5)的片状银粉、片状石墨粉、含氧溶剂、粘接剂和分散剂；所述片状银粉的粒径d50为0.1～10μm；所述片状石墨粉的粒径d10为5μm以上，粒径d50为10～20μm，粒径d90为25μm以下。
3、在一种优选实施方式中，所述片状银粉的含量为70～90重量份，所述片状石墨粉的含量为0.3～3重量份，所述含氧溶剂的含量为5～25重量份，所述粘接剂的含量为0.1～1重量份，所述分散剂的含量为0.1～1重量份。
4、在一种优选实施方式中，所述片状石墨粉为鳞片状石墨粉。
5、在一种优选实施方式中，所述含氧溶剂的闪点为70～150℃。
6、在一种优选实施方式中，所述含氧溶剂选自酯类溶剂、醇类溶剂、醇醚类溶剂和有机酸溶剂中的至少一种。
7、在一种优选实施方式中，所述粘接剂选自热塑性聚氨酯、热塑性橡胶和油溶性纤维素中的至少一种。
8、在一种优选实施方式中，所述分散剂选自丙烯酸酯类分散剂、聚氨酯类分散剂和磷酸酯类分散剂中的至少一种。
9、本发明的第二目的在于提供上述导热银膏的制备方法，该制备方法包括将片状银粉、片状石墨粉、含氧溶剂、粘接剂和分散剂混合均匀。
10、在一种优选实施方式中，所述混合的方式包括将粘接剂溶解于含氧溶剂中，再往所得溶解物中依次加入分散剂、片状银粉和片状石墨粉并继续搅拌混合均匀，之后将所得银膏预混物采用三辊研磨机进行研磨，得到导热银膏组合物。
11、本发明的第三目的在于提供上述导热银膏作为碳化硅功率器件的粘接剂的应用。
12、本发明的第四目的在于提供一种碳化硅芯片和基板的连接方法，该方法包括将上述导热银膏印刷在基板上，再将碳化硅芯片预贴于基板的印刷有导热银膏的一侧表面上，之后高温烧结以使导热银膏中的片状银粉达到熔点后将碳化硅芯片和基板连接在一起。
13、本发明的关键在于将片状银粉、片状石墨粉、含氧溶剂、粘接剂和分散剂按照特定的用量配合使用，并将片状银粉的粒径d50控制在0.1～10μm，同时将片状石墨粉的粒径d10控制在5μm以上、粒径d50控制在10～20μm、粒径d90控制在25μm以下，如此所得导热银膏经压力烧结工艺将碳化硅芯片和基板连接在一起时，所得烧结层能够在获得优异导热性能的基础上减小内应力。推测其原因，可能是由于：一方面，片状石墨粉中的碳原子为单层结构，含氧溶剂可以有效插入片状石墨粉的层与层之间，使得其层间结合力非常低，采用片状石墨粉对片状银粉进行改性，能够有效降低银粉烧结后的模量，模量的降低有利于内应力的降低，再则，将片状石墨粉的粒径d10控制在5μm以上、粒径d50控制在10～20μm、粒径d90控制在25μm以下，可以有效降低银粉由于烧结后产生的收缩并提高烧结银粉的堆积密度，如此也有利于内应力的降低，也即，从模量和体积收缩及堆密度这个维度协同作用使得烧结银膏的内应力得以有效降低；另一方面，片状石墨粉的导热系数为1000w/m·k以上，远大于金属钨、钼、镍等其他金属以及硅等非金属的导热系数，可以弥补由于添加剂的使用而导致烧结层导热能力减弱的问题。
1.一种导热银膏，其特征在于，所述导热银膏中含有质量比为100:(0.3～4.5):(5～40):(0.1～1.5):(0.1～1.5)的片状银粉、片状石墨粉、含氧溶剂、粘接剂和分散剂；所述片状银粉的粒径d50为0.1～10μm；所述片状石墨粉的粒径d10为5μm以上，粒径d50为10～20μm，粒径d90为25μm以下。
2.根据权利要求1所述的导热银膏，其特征在于，所述片状银粉的含量为70～90重量份，所述片状石墨粉的含量为0.3～3重量份，所述含氧溶剂的含量为5～25重量份，所述粘接剂的含量为0.1～1重量份，所述分散剂的含量为0.1～1重量份。
3.根据权利要求1或2所述的导热银膏，其特征在于，所述片状石墨粉为鳞片状石墨粉。
4.根据权利要求1或2所述的导热银膏，其特征在于，所述含氧溶剂的闪点为70～150℃；优选地，所述含氧溶剂选自酯类溶剂、醇类溶剂、醇醚类溶剂和有机酸溶剂中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的导热银膏，其特征在于，所述粘接剂选自热塑性聚氨酯、热塑性橡胶和油溶性纤维素中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的导热银膏，其特征在于，所述分散剂选自丙烯酸酯类分散剂、聚氨酯类分散剂和磷酸酯类分散剂中的至少一种。
7.权利要求1～6中任意一项所述导热银膏的制备方法，其特征在于，该方法包括将片状银粉、片状石墨粉、含氧溶剂、粘接剂和分散剂混合均匀。
8.根据权利要求7所述的导热银膏的制备方法，其特征在于，所述混合的方式包括将粘接剂溶解于含氧溶剂中，再往所得溶解物中依次加入分散剂、片状银粉和片状石墨粉并继续搅拌混合均匀，之后将所得银膏预混物采用三辊研磨机进行研磨，得到导热银膏组合物。
9.权利要求1～6中任意一项所述导热银膏作为碳化硅功率器件的粘接剂的应用。
10.一种碳化硅芯片和基板的连接方法，其特征在于，该方法包括将权利要求1～6中任意一项所述导热银膏印刷在基板上，再将碳化硅芯片预贴于基板的印刷有导热银膏的一侧表面上，之后高温烧结以使导热银膏中的片状银粉达到熔点后将碳化硅芯片和基板连接在一起。
