[发明专利]可无压低温烧结的耐高温焊膏及其制备方法、使用方法

说明书

本发明公开了一种可无压低温烧结的耐高温焊膏的制备方法，所述方法包括：混合体积比为4:5的助焊剂和分散液得到焊膏，其中，所述分散液包括150~200nm的铜纳米颗粒和10~15nm的铜镍合金纳米颗粒，所述铜纳米颗粒与铜镍合金纳米颗粒的质量比为5:2。本发明利用10~15nm的铜镍合金纳米颗粒复配150~200nm的铜纳米颗粒，使大尺寸颗粒作为支架，小尺寸颗粒填充进间隙中作为粘接剂，有效降低空隙率，提高烧结层密度，从而降低结合温度，实现无压力低温烧结；同时，采用29 wt%Cu和71 wt%Ni的铜镍合金纳米颗粒，能够有效避免小尺寸铜颗粒在烧结过程中出现氧化形成氧化铜膜层，导致熔融温度提高、相容性变差，具有极佳的氧化稳定性。

技术领域

本发明涉及一种可无压低温烧结的耐高温焊膏及其制备方法、使用方法，属于高性能焊膏技术领域。

背景技术

近年来，小型化、集成化的第三代半导体器件逐渐应用于如航空航天、汽车等恶劣环境的领域中，虽然目前第三代半导体器件的潜在原材料，如碳化硅和氮化镓，使用温度可在200℃以上，甚至可以在350℃下工作较长时间，但是，过高的使用温度已远远超过了目前传统连接材料的温度。目前传统的连接材料主要有锡基、铅基、铋基、金基和锌基等焊料，锡基无铅焊料熔点较低，在使用过程中会出现重熔，已然不可能在高温中应用；其他高熔点的铅基、铋基、金基和锌基焊料都有其自身的缺点，包括对环境的破坏、成本高、工艺温度高和导电性差等。因此，开发一种能够承受高温的连接材料变得尤为重要。

利用金属纳米颗粒作为第三代半导体的焊料是迄今为止最有前途的连接技术，其可以实现低温连接、高温服役的功能。由于金属纳米颗粒的小尺寸效应，金属纳米颗粒的熔点比块状金属的熔点要低得多，其与传统焊料相比具有显著优势，包括环保、高耐热性、不含铅、高电导率和导热率等。

其中，银纳米颗粒的低温连接已有一些报道。然而，由于严重的电迁移和高成本，银纳米颗粒作为连接材料的实际应用受到限制。由于铜比银便宜，(成本是银的百分之一)，且具有良好的离子迁移能力，同时铜的电学性能和热学性能与银相当，因此，铜纳米颗粒作为一种低温连接材料显示出了巨大的应用潜力。

但是铜纳米颗粒作为焊膏熔融使用时，颗粒之间孔隙率较大，烧结层堆积密度低，导致烧结温度高，无压力条件下键合困难，而高温高压又会损坏半导体芯片。

发明内容

本发明的目的是提供一种可无压低温烧结的耐高温焊膏及其制备方法、使用方法，该热耐高温焊膏不仅解决了现有技术中焊膏高温下出现重熔，会破坏电子元器件稳定连接的问题，还解决了现有技术中，铜纳米焊膏低温烧结困难的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可无压低温烧结的耐高温焊膏的制备方法，所述方法包括：

混合体积比为4:5的助焊剂和分散液得到焊膏，其中，所述分散液包括150~200nm的铜纳米颗粒和10~15nm的铜镍合金纳米颗粒，所述铜纳米颗粒与铜镍合金纳米颗粒的质量比为5:2。

进一步地，所述助焊剂为聚乙二醇和C18醇的混合物，聚乙二醇和C18醇的摩尔比为2~5。

进一步地，所述助焊剂为异丙醇和二乙二醇丁醚的混合物，异丙醇和二乙二醇丁醚的摩尔比为2~5。

进一步地，所述铜镍合金的纳米颗粒中，铜元素和镍元素的重量比为。

本发明还提供了一种技术方案是：一种可无压低温烧结的耐高温焊膏，由上述所述的方法制得。

本发明还提供了一种技术方案是：一种可无压低温烧结的耐高温焊膏的使用方法，所述方法包括：

A1：使用砂纸对基板底面进行抛光，并分别于盐酸和无水乙醇中进行超声清洗；

A2：将上述制得的耐高温焊膏涂覆在基板底面的表面上，使用热压烧结机无压力烧结，烧结温度为200-250℃，烧结时间为10-30min。