[发明专利]一种抗氧化保护的铜颗粒、烧结铜膏及使用其的烧结工艺

说明书

本发明涉及一种表面进行抗氧化保护的铜颗粒、低温烧结铜膏及使用其的烧结工艺。一种表面经抗氧化保护的铜颗粒，其中，利用有机可焊接保护剂对铜颗粒的表面进行修饰，其中，该有机可焊接保护剂为苯并三氮唑、咪唑、苯并咪唑中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种特别是用于半导体封装材料领域的、表面进行抗氧化保护的铜颗粒、低温烧结铜膏及使用其的烧结工艺及使用其的烧结工艺。

背景技术

新一代的用于电车、航空、和其他工业的功率模组需要高功率和高服役温度。在过去10年证明了宽禁带半导体可以耐300℃以上的高运行温度。然而，传统封装材料，比如锡基的焊料和导电胶，限制在200℃以下工作。研究人员一直在寻找各种办法获得高温和高功率情况下的高可靠性。在过去的探索中，人们发现银或者铜的烧结是有前景的方法。出于成本的考虑，烧结铜是代替银烧结的一个近几年一直在尝试的技术。但是烧结铜的相对高的烧结温度还在困扰着半导体封装业界。与银相比，铜虽然具有较高表面能，但其较易氧化，从而表面生成难溶且较低表面能的氧化物。

目前，铜表面的氧化是阻碍烧结温度降低的主要原因之一（非专利文献1-3），而且，随着铜颗粒尺寸的进一步降低，铜表面能增加，金属原子互融机会增大，但氧化倾向更为加剧，所以，通过减少铜表面氧化从而降低铜颗粒烧结温度是很有必要的。

现有技术文献

非专利文献1：Jang E-J, Hyun S,Lee H-J, Park Y-B, J. Electron Material2009;38:1598

非专利文献2：Suga T. ECS Transaction 2006;3(6):155

非专利文献3：Tan CS, Chen KN, Fan A, Reif R. J. Electron Material2004; 33:1005

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，与银相比，铜通常即使在室温下也容易被氧化，当制备成颗粒状的分散体时，在其表面上短时间内就形成了氧化物膜，并且氧化从其表面到内部连续进行。尤其在铜颗粒具有较小粒径例如纳米级粒径时，其表面积相对增加，并且具有形成于其表面上的氧化物膜的厚度倾向于增加。在将这种表面具有氧化物膜的铜颗粒用于铜膏时，只能实现铜颗粒之间的部分烧结且在颗粒边界残残留有薄的铜氧化物层，而且，特别是在低温下难以实现铜颗粒之间的彼此熔融和/或扩散，从而导致烧结效率低，并且难以得到有优异的接合强度和致密性的烧结产物层。

用于解决课题的手段

在本发明中，为了降低铜颗粒的表面氧化，提供一种表面经抗氧化保护的铜颗粒，其中，利用有机可焊接保护剂（OSP，Organic Solderability Preservatives）对铜颗粒的表面进行修饰，以对铜颗粒表面进行抗氧化性保护。

本发明还提供一种低温烧结铜膏，该低温烧结铜膏包含上述的铜颗粒和助焊剂。通过使用这样的低温烧结铜膏，能够在低温（例如约180-250℃）实现铜颗粒的烧结，获得低温烧结体且得到致密结构的封装结构，并且能够以无压烧结实现铜颗粒的低温烧结。

另外，本发明还提供一种低温烧结铜膏的烧结工艺，其使用了上述本发明的低温烧结铜膏。

附图说明

图1（a）是示出OSP膜保护前的铜颗粒，图1（b）是示出OSP膜保护后的铜颗粒。

图2是示出将包覆的铜颗粒与助焊剂混合的状态的图。

附图标记说明

1,3…铜颗粒

2...OSP膜

4…助焊剂

具体实施方式