[发明专利]一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法

说明书

本申请公开了一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法，该铜颗粒焊膏包括具有良好分散性的铜颗粒、分散剂以及溶剂，还包括还原剂，其中，还原剂的重量份为0.5～5份。通过在铜颗粒焊膏中加入还原剂，本申请不仅能够去除铜颗粒表面的氧化层，还能够避免铜颗粒焊膏在保存以及使用过程中再次被氧化；且由于加入的还原剂及其氧化产物均易热分解，不会阻碍烧结过程，从而使铜颗粒焊膏能够在低温下进行烧结，且烧结时无需还原性气体保护，不仅降低了生产成本，还提升了铜颗粒焊膏的应用范围。

技术领域

本申请涉及电子制造技术领域，特别是涉及一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法。

背景技术

微电子技术的革新引领了目前电子科技的发展，伴随着电子技术的快速更新换代，微电子封装技术受到的重视日益增加。目前，第三代固态功率半导体器件的出现有望在减少输电损耗的同时，极大地提高电能的利用率，并且在同样的面积内能调控更大电力，有助于器件的小型化发展。但是，高集成度所带来的发热问题制约了第三代半导体的应用。由于热膨胀系数的不匹配，基板与芯片之间的连接层在器件工作时，不断承受着热应力循环，而传统的锡(Sn)基焊料由于熔点较低，在此种循环应力下经常发生热裂、剥离等失效情况。

随着纳米技术的不断发展，纳米金属焊膏是近年来新兴的一类封装材料，能够实现“低温烧结，高温服役”的封装需求。具体地，纳米金属材料的小尺寸效应可促进金属颗粒表面原子的扩散，使其能够在较低的温度下进行焊接，而焊接后形成的块体中颗粒的尺度效应消失，重熔温度恢复到块体金属的熔点，从而保证了纳米金属焊膏的高温可靠性，使其能够满足目前快速发展的电子工业需要。

铜单质具有优良的热导率和电导率，且价格便宜，易制备为微纳米铜颗粒，是理想的低温烧结填料。然而，现有技术中的铜颗粒焊膏在较低的焊接温度下(300℃)难以获得可靠的烧结结构，主要是由于铜的化学性质活泼，在空气中极易氧化，且生产的氧化铜层不易热分解，不仅阻碍了铜原子的扩散，还会增加烧结温度，加大了铜颗粒低温烧结的难度。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法，通过在铜颗粒焊膏中加入还原剂，避免铜颗粒焊膏在存放以及使用过程中被氧化。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是提供一种铜颗粒焊膏，该焊膏包括具有良好分散性的铜颗粒、分散剂以及溶剂，还包括还原剂，其中，还原剂的重量份为0.5～5份。

其中，还原剂包括抗坏血酸、甲酸铜、甲酸、乙酸以及丙酮肟中的至少一种。

其中，铜颗粒的粒径为100～300nm，铜颗粒为球型。

其中，分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮K90以及聚乙二醇1000中的任一种。

其中，溶剂包括乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇200、2-氨基-2-甲基-丙醇以及1-氨基-2-丙醇中的至少一种。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是提供一种铜颗粒焊膏的制备方法，该制备方法包括：对铜颗粒进行分散处理，获得具有良好分散性的铜颗粒；按预设重量份准备以下原料：具有良好分散性的铜颗粒、分散剂、溶剂以及还原剂，其中，还原剂的重量份为0.5～5份；将还原剂、分散剂以及溶剂按原料配比混合并搅拌均匀，获得成膏体；将成膏体加入按原料配比的具有良好分散性的铜颗粒中并搅拌均匀，获得铜颗粒焊膏。

其中，对铜颗粒进行分散处理，获得具有良好分散性的铜颗粒的步骤具体包括：按预设重量份准备以下原料：铜颗粒、无水乙醇，以及分散剂；将铜颗粒以及分散剂按原料配比加入按原料配比的无水乙醇中，获得混合液体；将混合液体超声分散至少30分钟，获得分散液；对分散液进行真空干燥，获得具有良好分散性的铜颗粒。

其中，对分散液进行真空干燥，获得具有良好分散性的铜颗粒的步骤还包括：控制真空度不大于0.1MPa，以及控制干燥温度不大于60℃。