[发明专利]一种采用单相纳米银铜合金焊膏制备低温连接高温服役接头的方法

说明书

一种采用单相纳米银铜合金焊膏制备低温互连高温服役接头的方法，涉及微连接技术领域。包括如下步骤：步骤一：将纳米金属间化合物焊膏放置于基板上，完成待焊部件对准过程，并施加压力；步骤二：将以上体系放入回流炉中，经历预热阶段、保温阶段、再流阶段、冷却阶段，完成有机物的挥发、单相纳米合金颗粒之间的均匀烧结以及与焊盘的润湿和界面反应。本发明采用了单相纳米银铜合金颗粒，纳米颗粒很大的表面活性能为其烧结过程提供了强大的驱动力，实现了远低于其块体熔点的与传统回流焊工艺兼容的低温连接，形成抗氧化能力、抗电迁移及抗电化学迁移能力强的优良接头，在成本低、与传统工艺兼容性好、生产效率高的前提下实现了低温连接高温服役。

技术领域

本发明属于微连接技术领域，涉及一种电子器件的封装和组装互连方法，具体涉及一种采用单相纳米银铜合金焊膏制备低温互连高温服役接头的方法。

背景技术

微连接技术是电子产品制造过程中的核心技术之一，是电子器件封装、LED封装、微系统封装、功率组件封装中的关键一环，微连接技术是实现芯片功能的重要保证，但是随着封装器件集成度越来越高，在更加小的尺寸内实现更为复杂的功能，引脚密度越来越高，器件功率越来越大，这对连接结构的耐高温技术提出了新的要求。而以锡银铜钎焊接头为代表的传统钎焊连接接头可靠性普遍较低，易在高温时发生失效，难以与当前的高功率封装器件相匹配，而如若采用高熔点钎料又会提高对于元件本身耐热性的要求，引发新的问题。

纳米材料由于其尺寸小、比表面积大、存在纳米尺度效应，因此纳米金属颗粒的熔点远远低于宏观晶体熔点，而在烧结之后，纳米颗粒又会恢复为宏观尺度，表现出宏观性质。因此，业界开始以纳米金属材料作为焊膏以实现低温连接，高温服役的要求。常见的纳米焊膏有纳米银焊膏和纳米铜焊膏，但是纳米银易发生电迁移和电化学迁移、相对成本较高，纳米铜则存在容易氧化，形成氧化层，影响烧结接头的性能，限制了其在工业领域大规模的应用。

发明内容

本发明的目的是为了满足低温连接高温服役的技术要求，本发明提供一种能够在较低连接温度下利用单相纳米银铜合金焊膏连接接头。该接头结构可在较低温度下形成，有效避免高温对元器件产生损伤，且可以在较高温度下进行长时间可靠使用，亦有助于提高常规器件在现有工作环境下的工作寿命。同时，该接头结构兼有银铜两种材料的优点：抗氧化能力、抗电迁移及抗电化学迁移能力强，成本低。在电子器件封装、LED封装、微系统封装、功率组件封装中有极佳的应用前景。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种采用单相纳米银铜合金焊膏制备低温互连高温服役接头的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用丝网印刷或点胶方法将单相纳米银铜合金焊膏铺设于焊盘Ⅱ上，将焊盘Ⅰ与焊盘Ⅱ对准，向待焊部件施加0.2~10Mpa压力；

步骤二：将以上体系放入回流炉中，以2~10℃/min的速度加热至180~200℃完成预热阶段，以1~3℃/min的加热速率完成5~30min的加热阶段，达到峰值温度后在峰值温度下保温5~10min，最后随炉冷至100℃以下，即得到低温互连高温服役接头。

进一步的，在步骤二中，所述峰值温度为单相纳米银铜合金熔点以上30~50℃。

进一步的，所述单相纳米银铜合金颗粒焊膏的制备方法为：按照质量百分比将80%～90%的单相纳米银铜合金颗粒、2%～8%的分散剂、2%～8%的修饰剂、2%～8%的稀释剂和2%～8%的助焊剂混合均匀，制成单相纳米银铜合金固溶体焊膏。

进一步的，所述单相纳米银铜颗粒中银铜摩尔比为0.1~10：1。

优选的，所述助焊剂为松香树脂、松香树脂的衍生物中的至少一种，所述修饰剂为聚乙二醇、硬脂酸、鱼油中的一种或多种的组合；所述分散剂为柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述聚乙烯吡咯烷酮中的分子量为30000-58000；所述稀释剂为酒精、丙酮中的至少一种。