[发明专利]一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺及其产品

说明书

本发明公开了一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺及其产品，一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺，包括以下步骤：(a)将铜盐溶解于溶剂中，在溶剂中加入还原剂和微米金属颗粒，搅拌反应后得到多尺寸微纳米金属颗粒分散液；(b)将所述步骤(a)制得的所述多尺寸微纳米金属颗粒分散液进行浓缩。所述多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺，实现了金属焊膏更方便、快捷、高效的制备，工艺简单，存储及应用方便，所述的多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺制备得到的多尺寸微纳米金属颗粒焊膏，焊膏中的纳米铜颗粒的氧化程度低，能够有效提高烧结体的致密度，增强剪切强度和导电率。

技术领域

本发明涉及电子制造技术领域，尤其涉及一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺及其产品。

背景技术

电子科技发展迅速，电子元器件封装与互连的目标是实现稳定的电气互连，热连接以及足够强度的机械连接。稳定的封装与互连保证了电子元器件更好地进行工作。碳化硅和氮化镓高温器件的发展使电力电子模块能够在高温下使用，焊锡膏和导电胶作为传统的互连材料已经不能满足大功率器件的使用要求。以上问题对封装与互连提出了更高的要求：(1)保证机械连接可靠；(2)保证高的电导率以实现基板和芯片之间的高速传输；(3)保证高的热导率以实现芯片的散热，避免芯片由于温度过高导致的烧毁；(4)低温互连，避免由于温度变化过大，基板、芯片和互联材料的热膨胀程度不同，形成较大的热应力。具有特殊理化性质的纳米金属材料成了目前封装互连材料的研究热点。这其中，铜作为良好的散热材料，同时具有良好的导电性，微纳米铜金属膏体以成本低廉、材料易得、电迁移率低等优势成为了研究热点。

现有的微纳米铜膏的制备方法通常为液相还原法、电解法、机械研磨法和爆炸法。其中应用最广泛的是液相还原法制备微纳米铜焊膏。液相微纳米铜膏的制备方法一般包含以下几个步骤：(1)在液相中混合前驱体铜源、还原剂、分散剂或者保护剂等得到微纳米铜颗粒液相；(2)分离液相和微纳米铜颗粒；(3)配制微纳米铜膏。但是微纳米铜存在易氧化的缺点，在液相还原制备微纳米铜膏的过程中，步骤(2)包含了多次对微纳米铜颗粒的清洗和分离，该步骤会导致纳米铜颗粒多次暴露在空气之下，加剧了微纳米铜的氧化。虽然纳米铜颗粒已经可以在较低的温度下发生扩散，形成Cu-Cu金属键。但是该温度相对传统焊锡膏互连温度而言，还是过高。在互连过程中，由于基板、芯片和互联材料的热膨胀系数不同，过高的互连温度，会导致三者发生较大的不同程度的膨胀，冷却后形成较大的应力。在芯片工作过程中，多次的热循环会引起疲劳断裂，引起互连失效。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺，实现了金属焊膏更方便、快捷、高效的制备，工艺简单，存储及应用方便，解决了现有焊膏制备工艺复杂、膏体烧结温度高、纳米铜颗粒易氧化的问题。

本发明的另一个目的在于提出所述的多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺制备得到的多尺寸微纳米金属颗粒焊膏，焊膏中的纳米铜颗粒的氧化程度低，能够有效提高烧结体的致密度，增强剪切强度和导电率，解决了现有焊膏中的纳米铜颗粒易氧化、阻碍烧结的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺，包括以下步骤：

(a)将铜盐溶解于溶剂中，在溶剂中加入还原剂和微米金属颗粒，搅拌反应后得到多尺寸微纳米金属颗粒分散液；

(b)将所述步骤(a)制得的所述多尺寸微纳米金属颗粒分散液进行浓缩，浓缩后制得多尺寸微纳米金属颗粒焊膏；

(c)将所述步骤(b)制得的所述多尺寸微纳米金属颗粒焊膏涂覆在基板上，然后进行烧结。

更进一步说明，所述步骤(a)中，所述微米金属颗粒的尺寸为0.1μm～100μm。

更进一步说明，所述步骤(a)中，搅拌反应生成的纳米铜颗粒的尺寸为50～800nm。