[发明专利]一种用于电子封装领域的多尺度微纳米颗粒复合焊膏及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于电子封装领域的多尺度微纳米颗粒复合焊膏及其制备方法、应用工艺。所述新型复合焊膏由金属粉末与助焊剂混合而成。金属粉末由粒径30~70nm、3~7μm、15~25μm的Cu@Ag颗粒，粒径40~60nm的Ni@Ag颗粒，粒径1~2μm的Ag颗粒组成；助焊剂由溶剂异丙醇，活性剂硬脂酸，成膜剂混合松香和聚乙二醇，调节剂三乙醇胺，表面活性剂辛基酚聚氧乙稀醚组成。本发明复合焊膏中Cu@Ag颗粒的存在相对于纳米银焊膏成本降低，抗电迁移性能得到提升；Ag颗粒可以保护Cu@Ag核壳结构的完整性；在高频感应工艺条件下，Ni@Ag颗粒Ni的磁性使颗粒分布更均匀，提高致密度，提升导电导热性能。本发明成本低廉，工艺简单可控，效率高，解决了目前器件粘贴材料成本高昂，服役温度低，工艺时间长等问题。

技术领域

本发明涉及一种复合焊膏及其制备方法。

背景技术

目前，大功率半导体器件广泛应用于汽车电子，高速机车，能源传输等领域，且服役温度已经接近200℃，但是用于电极引出材料和芯片封装的钎料却尚无法在此温度下正常工作，并且由于日趋严格的环保法规的，人们环保意识的日益提高，已经不符合目前的应用环境，而现有的主流钎料SnAgCu系，SnZn系SnSb系等钎料各有其性能、成本上的不足，难以满足可以在低温键合，高温服役的工作要求，因此亟需开发能够在低温环境下连接，高温环境下服役的无铅互连材料。

近些年来，金属纳米材料的尺寸效应因为其被发现具有优异的光学、电学、热学性能而受到了国内外的学者广泛的关注，国内外的研究学者尝试利用金属纳米材料的尺寸效应的这一特性，应用于半导体封装材料互连领域中，即当材料尺寸降到纳米尺度时其烧结温度将会大幅度下降，同时纳米材料低温键合之后将会失去纳米尺寸效应，将能够满足低温键合，高温服役的要求，因而基于金属纳米材料制备的连接材料受到广泛关注，尤其是纳米银焊膏的研究。

然而，目前已经报道的纳米Ag焊膏存在高成本、离子迁移的缺点；纳米Cu焊膏由于纳米铜颗粒易被氧化的缺点导致在进行制备过程中，对工艺条件的要求极其严苛，而且在制备的钎焊接头中存在其孔洞率较高等问题，目前的焊膏颗粒烧结工艺多以热压烧结为主，工艺时间长，效率低，鲜有其他工艺方法，因此，基于以上技术问题，本发明提出这样一种多尺度微纳米颗粒的复合焊膏，在高频感应的工艺条件下进行烧结。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有纳米Ag焊膏服役过程中成本高，抗电迁移性差、孔隙率较高、颗粒分布不均匀，以及纳米Cu焊膏易氧化、孔隙率较高等问题，本发明提供了一种满足“低温连接，高温服役”的低成本的多尺度微纳米颗粒复合焊膏，而且提供了一种新的工艺，通过高频感应的方法进行烧结制备钎焊接头。

本发明的目的是通过以下技术实现的。

一种用于电子封装领域的多尺度微纳米颗粒复合焊膏，是由金属粉末和助焊剂组成：所述的一种多尺度微纳米颗粒复合焊膏中金属粉末的质量含量为80%～90%，助焊剂的质量含量为10%～20%，所述金属粉末按照质量含量由0.30%～2.00%Ag、8.00%~12.00% Ni@Ag、其余为Cu@Ag粉末组成，助焊剂按照质量含量由15%活性剂、37.5%成膜剂、1.5%调节剂、1.5%表面活性剂和其余为溶剂组成。

一种上述用于电子封装领域的多尺度微纳米颗粒复合焊膏及其制备方法，是按照以下步骤进行的。

步骤一：制备Cu@Ag颗粒。

第一步：称取适量铜粉，将其加入体积浓度为20%的硫酸溶液中清洗，进行离心、洗涤，同时配制前驱反应液，在酸洗之后处理铜粉。

第二步：配制银氨溶液，将硝酸银溶液与氢氧化钠溶液混合，加入氨水直至产生的沉淀消失。