[发明专利]一种石墨-纳米银复合焊膏烧结材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨‑纳米银复合焊膏烧结材料的制备方法，通过配置功能化石墨水溶液；以及将银离子转化为单质银；石墨‑纳米银的混合及功能化处理，得到石墨‑纳米银复合焊膏。在保证性能的同时大幅降低纳米银焊膏的成本价格。通过添加纳米石墨粉改善纳米银颗粒团聚的现象，并由于纳米石墨的高温稳定性从而降低银电迁移发生量，减少因银电迁移而产生的裂纹，石墨‑纳米银复合焊膏材料的接头强度可达到15Mpa以上。

技术领域

本发明涉及复合纳米材料的制备技术领域，尤其涉及一种石墨-纳米银复合焊膏烧结材料的制备方法。

背景技术

随着电子产业领域需求的增加，电子产品正向着质量轻、厚度薄、体积小、功耗低、功能繁多、可靠性高这一方向发展。这都要求功率模块不论在瞬态还是在稳态情况下都能够拥有优良的导热、导电性能以及长期工作的可靠性。缩小的功率模块体积会引起模块和芯片电流、接线端电压以及输入功率的增大。为此，不断涌现出大功率、耐高温、耐高压的电子半导体器件，如金刚石、氮化镓、碳化硅等宽禁带半导体器件。经研究表明，这种宽禁带半导体器件具有耐高温且抗辐照、较低的开关损耗以及高阻断电压等众多优点，并且在250℃的工作环境下仍然有着优良的工作能力和转换性能。传统功率器件的互连技术一般是利用互连材料如导电胶或合金焊料来实现基板与半导体元器件的相互连接，然而其在200℃左右会出现裂纹等失效现象。

因此，研究新的连接材料和连接技术来解决大功率电子元器件的互连问题变得尤为重要。银单质导电，导热性能优越，抗氧化性能强，容易制备为纳米尺度的银材料，是纳米低温烧结焊膏中最为常见的烧结材料。然而，银高昂的成本和电迁移对该类烧结材料造成了很大的限制。

基于此，本发明要解决的技术问题是：

1、提高纳米银焊膏的润湿性能，增加互连材料的寿命时间。

2.改善纳米银的电迁移现象。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种润湿性石墨-纳米银焊膏的制备方法，石墨是一种高导热和高导电的稳定材料，它具有耐高温，高润湿的特性。同时，其价格低廉，是一种很好的导电和导热的掺杂材料。基于此，本发明要解决现有方法制备的纳米银焊膏的高成本问题而提供了一种石墨-纳米银复合焊膏烧结材料的制备方法，包括以下制备步骤：

S1.配置纳米石墨悬浊液，表面活性剂水溶液；

S2.将所述纳米石墨悬浊液与所述表面活性剂水溶液混合得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液采用离心机离心制得沉淀物，并将沉淀物分散在蒸馏水中得到功能化石墨水溶液；

S3.将硝酸银水溶液、稀释剂以及表面活性剂混合均匀得到第二混合溶液；

S4.将所述第一混合溶液与第二混合溶液混合均匀得到第三混合液，在第三混合液中滴加水合肼溶液将银离子转化为单质银；

S5.将所述单质银进行清洗和离心分离，得到石墨-纳米银复合焊膏。

由于石墨的高熔点，高耐热性以及润湿性能，将石墨应用于纳米银烧结过程中，可以应用于高温环境，减少由电迁移而产生的电流泄露造成的电子封装失效，并且降低因银电迁移产生的裂纹萌生。

优选地，所述纳米石墨悬浊液中纳米石墨的质量浓度为10％-20％。

纳米石墨的添加可改善银电迁移，提高焊料的品质。由于石墨的高温稳定性，因而在形成银枝晶的过程中，电流在通过相同截面受到的阻力增大，减缓银迁移的速率。

优选地，脂肪酸甘油酯溶解于蒸馏水中制得所述表面活性剂水溶液，其质量溶度为10％-20％。

优选地，所述稀释剂选自松油醇，乙醇，乙二醇，异丁醇中的一种或几种的混合物。