[发明专利]一种表面金属化纳米碳材料复合纳米银膏及其制备方法

说明书

本发明提供了一种表面金属化碳纳米材料复合纳米银膏及其制备方法，制备方法包括：S1将碳纳米材料进行粗化、清洗、离心后分散于有机溶剂，获得混合物A；S2将硝酸银和分散剂溶解于有机溶剂中，再与混合物A混合获得混合物B；S3将混合物B通过微流系统，反应产物通过絮凝，离心获得表面金属化碳纳米材料；S4将表面金属化碳纳米材料与纳米银颗粒在有机溶剂中进行超声分散，而后进行絮凝，离心及机械搅拌，获得复合焊膏。本发明实现了碳纳米材料的表面金属化以及与纳米银颗粒的均匀混合，解决了碳纳米材料与纳米银材料不兼容的问题，提升了纳米银焊膏的导电导热性能以及后期服役的可靠性。

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，涉及可用于烧结的复合银膏的制备方法，更具体地，一种表面金属化纳米碳材料复合纳米银膏及其制备方法。

背景技术

碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体拥有着优良的电气性能，被广泛应用于新能源汽车、高速铁路、深空探测等领域。在服役过程中，半导体芯片的互连材料会受到来自机械振动、热机械应力、高密度电流和热流等多重考验，传统的粘结胶以及软钎料已经无法满足日益苛刻的可靠性要求。

纳米银焊膏因为其独特的低温烧结、高温服役性能而被视为最具潜力的新型互连材料。银本身具有着高导电导热、高熔点以及高力学强度等多种特性。然而，纳米银焊膏由于在烧结过程中形成大量不可控制的孔洞结构，导致其导电导热性能相比于块体银大幅下降。此外，烧结银具有较大的热膨胀系数，在服役过程中，也会带来较大的热机械应力，造成互连焊点的失效。

碳纳米材料如碳纳米管和石墨烯，具有着优异的导电导热性能，此外还具有着很低的热膨胀系数。在纳米银焊膏中进行碳纳米材料的添加，不仅可以增强导热导电性能，还可以降低服役时产生的热机械应力。然而由于碳纳米材料本身具有着极强的疏水性，与银材料也很难进行冶金结合，所以如何有效地将碳纳米材料与纳米银进行复合仍然是一个技术挑战。例如，以下现有技术就存在复合程度较差，性能不足的问题：

现有技术CN110549039A公开了一种碳纳米管/纳米银焊膏导热复合材料及其制备方法，以表面镀银的碳纳米管作为增强相，将其掺杂在纳米银焊膏中，使纳米银颗粒有效均匀地吸附在表面镀银的碳纳米管上。

现有技术CN106363315A提供了一种镀锡碳纳米材料增强复合焊料合金及其焊膏，所述镀锡碳纳米材料增强复合焊料合金包含的组分及其重量份数为：锡基焊料84-95份，碳纳米材料0.01-0.2份；所述镀锡碳纳米材料增强复合焊膏还包括助焊剂5-15份。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面金属化碳纳米材料复合纳米银膏及其制备方法，旨在解决纳米银与碳纳米材料兼容性差的问题，通过将纳米银和碳纳米材料进行复合，增强烧结银导热导电性以及降低热膨胀系数。

本发明通过以下技术方案实现：一种表面金属化碳纳米材料复合纳米银膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将碳纳米管、石墨烯材料中的一种进行粗化、清洗、离心，而后以一定固含量分散于有机溶剂，获得混合物A；

S2：将硝酸银和分散剂溶解于有机溶剂中，按照一定体积比例与混合物A混合获得混合物B；

S3：将混合物B置于反应容器中，并通过微流系统，收集反应产物，将反应产物通过絮凝，离心获得表面金属化碳纳米材料；

S4：将表面金属化碳纳米材料与纳米银颗粒在有机溶剂中进行超声分散，而后进行絮凝，离心及机械搅拌，获得复合焊膏。

进一步的，所述步骤S1中碳纳米管的长度为0.5-2μm，石墨烯径向宽度为1-5μm；其在有机溶剂中的固含量为1-10wt％，优选1wt％。

该方法中所述碳纳米材料的尺寸具有较好的润湿性，尺寸过小会导致润湿性变差，表面金属化效果较差；尺寸过大则会导致焊膏中颗粒的堆垛密度降低，不利于组织的烧结性能。