[发明专利]一种纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温烧结焊膏及其制备方法。

背景技术

微电子技术自产业化以来，经历了高速的革新和发展。伴随着微电子产品日益广泛的应用以及不断加快的升级进程，绿色环保的微电子封装技术受到了愈来愈多的重视。含铅钎料是常见的封装连接，但由于铅对于环境和人类健康的不利影响，其在世界各国已逐渐被限制或禁止使用。纳米低温烧结焊膏是近年来新兴的一类无铅封装材料，纳米材料高比表面能的特性使其在低于同质块体材料熔点以下便可实现烧结连接，可满足电子封装的工艺需要。

银单质导电、导热性能优越，抗氧化性强，方便制备为纳米尺度材料，是纳米低温烧结焊膏中最为常见的烧结填料。然而，银高昂的使用成本对该类烧结焊膏的规模化应用造成了很大的限制。铜的导电、导热性能在许多连接场合下仍可满足要求，因而采用纳米铜代替纳米银焊膏能够显著降低烧结焊膏成本。但是，纳米铜表面暴露空气中易氧化，表层氧化膜不仅直接影响导电，而且还影响颗粒间烧结质量，从而进一步降低了接头导电性能。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的纳米铜代替纳米银焊膏烧结过程中纳米铜易氧化的问题，而提供一种纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏及其制备方法。

本发明一种纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏按质量百分比由35.0%～55.0%的纳米银包覆铜粉、30.0%～50.0%的纳米银粉、2.0%～5.0%的去离子水、8.0%～13.0%的增稠剂和0.001%～0.05%的分散剂制成，且以上各组分质量百分比之和为100%；所述的纳米银粉为球形银粉，粒径为20nm～60nm；所述的增稠剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、17-99型聚乙烯醇、17-88型聚乙烯醇和萜品醇中的一种或其中几种的混合物；所述的增稠剂为混合物时，各组分之间按任意比混合；所述的分散剂为K30型聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠中的一种或其中几种的混合物；所述的分散剂为混合物时，各组分之间按任意比混合。

上述纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏的制备方法，按以下步骤进行：

一、称取各组分：按质量百分比称取35.0%～55.0%的纳米银包覆铜粉、30.0%～50.0%的纳米银粉、2.0%～5.0%的去离子水、8.0%～13.0%的增稠剂和0.001%～0.05%的分散剂，且以上各组分质量百分比之和为100%；

二、在速度为50rpm～300rpm的磁力搅拌下，将步骤一称取的0.001%～0.05%的分散剂加入到步骤一称取的2.0%～5.0%的去离子水中，搅拌至完全溶解，然后加入步骤一称取的30.0%～50.0%的纳米银粉，并在频率为80kHz～100kHz的条件下超声分散10min～30min，得到纳米银水分散液；

三、在温度为40℃～60℃和速度为50rpm～300rpm的磁力搅拌下，以速率为0.1g/min～5.0g/min向步骤二得到的纳米银水分散液中加入步骤一称取的8.0%～13.0%的增稠剂，搅拌至均匀，得到纳米银液浆；

四、以速率为0.15g/min～1.15g/min向步骤三得到的纳米银液浆中加入步骤一称取的35.0%～55.0%的纳米银包覆铜粉，机械搅拌至混合均匀，即得到纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏。

本发明制备的纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏，包括以下特点：

1、本发明制备的纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏既可有效防止铜粉表面生成氧化层，同时在烧结时所需要的外加驱动力较低，也有益于粉体颗粒间烧结颈的形成；成功将微米尺度的包覆铜粉引入了低温烧结焊膏体系，实现了微米-纳米混合填料焊膏在烧结连接中的应用；连接接头处的导电、导热性能指标可以通过调整纳米银包覆铜粉和纳米银粉的比例来实现；

2、本发明制备的纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏可以实现与普通纳米银焊膏同等的功能；普通纳米银焊膏根据烧结温度、烧结时间、压力不同，接头电阻率一般在5.0×10^-6Ω·cm到9.0×10^-5Ω·cm之间，本发明焊膏电阻率比同工艺条件下的纳米银焊膏高5%～8%。

附图说明

图1为试验三制得的纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏低温烧结铜板的扫描电镜图。

具体实施方式