[发明专利]一种合金纳米颗粒焊膏及其制备方法

说明书

本发明属于纳米技术和微电子封装领域，并公开了一种合金纳米颗粒焊膏及其制备方法。该方法具体步骤为：将金属盐和稳定剂完全溶解于溶剂中制得金属盐溶液，在该金属盐溶液中加入还原剂并搅拌，使其充分反应获得合金纳米颗粒悬浮液；将合金纳米颗粒悬浮液进行固液分离得到沉淀物，利用清洗剂洗涤该沉淀物，然后干燥获得合金纳米颗粒；将合金纳米颗粒添加至有机增稠剂中，通过真空搅拌和除泡处理后，制得合金纳米颗粒焊膏。本发明采用液相还原法制备合金纳米颗粒，工艺简单、易于控制并且成本较低；在制备金属盐溶液时加入稳定剂，能够有效避免颗粒的团聚和氧化，增强合金纳米颗粒的抗氧化性。

技术领域

本发明属于纳米技术和微电子封装领域，更具体地，涉及一种合金纳米颗粒焊膏及其制备方法。

背景技术

随着电子器件高密度化、高功率化和微型化的不断发展，对焊料的耐高温性以及使用稳定性等性能提出了更为严苛的要求。虽然含铅高温焊料具有良好的耐高温性能，并广泛应用于电子封装领域，但含铅焊料对环境和人体健康存在严重的危害，不符合节能环保和绿色制造的发展趋势。而已开发的无铅焊料虽然能避免含铅焊料的使用，但仍然存在较多缺点，例如铋基焊料脆性大、锌基焊料不耐腐蚀和金基焊料高成本等。此外，这些焊料层在高温下易出现锡回流和热应力过大而导致电路短路失效的情况，难以保证功率电子器件长期使用的可靠性。因此，研制一种性能优良的低成本无铅焊料是微电子封装领域亟待解决的技术难题。

近年来，金属纳米颗粒焊膏不仅具有良好的电导率和热导率，而且能实现低温键合和高温服役的目标，引起学术界和工业界的广泛关注，为微电子封装提供了一种新的技术路线。发明专利CN201010301224.8,CN201010301221.4,CN201010301190.2分别通过添加镍，铁和银纳米颗粒来增强无铅锡焊膏的塑性，抑制焊点界面金属间化合物的长大，从而提高力学性能和稳定性，但高温下锡回流和电迁移等难题并没有得到解决。

目前，银和铜纳米颗粒焊膏凭借其高电导率和热导率、低烧结温度和优良力学性能等优势，成为纳米无铅焊膏研究的热点和重点。但银和铜纳米颗粒焊膏都存在一些不可避免的缺陷，如银的价格昂贵和抗离子迁移性差，铜纳米颗粒极易氧化，表面氧化物会显著增加烧结温度和降低电导率。有研究者通过制备核壳纳米颗粒(铜-银、铜-镍和铜-锡)来抑制铜纳米颗粒的氧化，但这种核壳结构制备工艺复杂，而且核壳结构在高温下产生相分离也将进一步降低电导率；另一方面，合金纳米颗粒能很好地平衡各种金属的优缺点，如铜-银合金纳米颗粒不但具有良好的热导率和导电率，而且具有良好的抗氧化性和抗离子迁移性能。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种合金纳米颗粒焊膏及其制备方法，其中该制备方法通过在制备金属盐溶液时加入稳定剂，相应能够有效减少制备合金纳米颗粒过程中团聚现象和氧化反应的发生，使得制备的合金纳米颗粒焊膏尤其适用于微电子封装和三维集成电路等应用领域。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种合金纳米颗粒焊膏的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)将金属盐和稳定剂完全溶解于溶剂中制得金属盐溶液，在该金属盐溶液中加入还原剂并搅拌，使其充分反应获得合金纳米颗粒悬浮液；

(b)将步骤(a)中制得的合金纳米颗粒悬浮液进行固液分离得到沉淀物，利用清洗剂洗涤该沉淀物，并将其干燥获得合金纳米颗粒；

(c)将步骤(b)中制得的合金纳米颗粒添加至有机增稠剂中，通过真空搅拌和除泡处理后，制得合金纳米颗粒焊膏。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中金属盐的阳离子优选为铜离子、银离子、锡离子和镍离子中的任意两种或两种以上；所述金属盐的阴离子优选为氯离子、溴离子、硝酸根离子、硫酸根离子、甲酸根离子和乙酸根离子中的一种或多种。