[发明专利]一种银焊膏烧结助剂及其制备方法和应用

说明书

一种银焊膏烧结助剂及其制备方法和应用，属于器件封装材料技术领域。银焊膏烧结助剂为银胺络合物的浓缩物。银胺络合物的原料组分包括：银前驱体与胺配体的络合物、冻干溶剂。银焊膏烧结助剂的制备方法包括：取胺配体缓慢滴加入冻干溶剂中，在匀速电磁搅拌下，缓慢加入银前驱体，继续匀速电磁搅拌至完全溶解，进行冷冻完全后，在遮光下置于冷冻干燥机中真空冷冻干燥处理，浓缩得到银焊膏烧结助剂。本发明银焊膏烧结助剂的工艺简单、成本低，能够增强烧结助剂在银焊膏中的烧结互联作用，根据烧结助剂本身的热性能，设计出适合烧结助剂发挥最大辅助烧结性能。在无压条件下可以辅助银焊膏烧结形成结合度良好且均匀致密的连接界面。

技术领域

本发明属于器件封装材料技术领域，具体涉及一种银焊膏烧结助剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着新型电子领域例如电子汽车，航空航天，石油勘探，高效能源利用的快速发展，人们对于高可靠性封装，高密度封装，高温服役性能以及对封装材料导电导热性能的需求也进一步提升。然而传统的硅基半导体由于其本身局限的禁带宽度很难在高温高压高腐蚀的环境下发挥作用，与之相比，由碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体由于其本身较高的禁带宽度，因此具有较高的击穿电压，热电导性以及高的电子迁移率与电流密度，能够满足极端调节下芯片的应用需求。另外，传统的锡基焊料难以满足大于250℃的高温服役要求，易在高温下融化，造成封装互联的结构的破裂，孔洞变大以及芯片的翘曲等一系列芯片失效现象，因此对于新的先进焊接材料的开发，成为了在目前第三代半导体应用领域中一个亟待解决的问题。

银材料由于其高的热电导性以及高温下的高可靠性而在第三代半导体封装领域受到了广泛的关注。工业上经常将银颗粒与有机溶剂、烧结助剂、粘接剂混合配置银焊膏，通过烧结银焊膏形成牢固的焊接接头。银材料分为微米级和纳米级银颗粒，微米级银材料易于加工生产储存，不易发生团聚，但是由于其尺寸颗粒大，具有较高的熔点，导致其必须在较高的温度才能熔融完成焊接，这不符合工业上实际生产的需求。而纳米颗粒之间是通过晶界进行扩散的，与传统的晶格扩散相比，需要的活化能更少速度更快，需要的烧结温度相对较低，因此目前在工业上备受青睐。纳米银焊膏通常通过合成较小的纳米银去降低焊膏的烧结温度，满足工业上的加工条件，但是由于尺寸效应，极小纳米颗粒的合成工艺步骤复杂，在储存与运输的过程中容易团聚难以保存，会耗费大量的成本。因此工业上配置焊膏通常通过调配溶剂，添加烧结助剂等方法增强焊料体系的稳定性，以及降低烧结温度，增强烧结接头的机械性能。

传统的银焊膏，涂覆时的润湿角较小与基板接触性能较差，在涂附后空间堆砌的密度较低，烧结时溶剂挥发会产生大量的空洞，这些都会造成烧结结构的坍塌与破坏，使得芯片的机械强度降低，影响芯片在使用时的可靠性，虽然粘接剂等烧结助剂的添加能一定程度地增强键合接头的密度以及机械性能，但是这些高分子等粘接剂由于具有较高的熔点难以在烧结过程中去除，将会残留在体系中影响芯片的导电导热性能，在高温服役时出现可靠性差等问题。有研究提出采用氧化银，草酸银，乙酸银等银盐作为烧结助剂，添加到焊膏体系中，利用其受热分解形成银纳米颗粒来增强烧结互联结构，但是这些烧结助剂的分解温度较高，难以在低温下促进烧结结构的互联，为了进一步解决这些问题，急需开发一种能够满足烧结接头优良性能并且能够降低烧结温度，制备工艺简单的烧结辅助剂。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种银焊膏烧结助剂及其制备方法和应用。本发明烧结助剂本质为银前驱体与胺配位在溶液中络合反应后的浓缩物，将银前驱体与胺试剂在冻干溶剂中充分反应后，通过冷冻干燥的工艺将冷冻后的溶液浓缩制备烧结助剂，避免溶剂对后期使用的影响，最后将其与银颗粒、有机溶剂载体经过高速混料机混合后制备出银焊膏，再通过分段烧结键合工艺使得上述烧结助剂在银焊膏中充分发挥作用。本发明银焊膏烧结助剂使得银焊膏中烧结接头的剪切强度能够到达50～100MPa，制备工艺简单，易于控制。

一种银焊膏烧结助剂，其特征在于所述银焊膏烧结助剂为银胺络合物的浓缩物。

所述的一种银焊膏烧结助剂，其特征在于所述银胺络合物的原料组分包括：银前驱体与胺配体的络合物、冻干溶剂。