[发明专利]Cu@In@Ag核壳结构互连材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Cu@In@Ag核壳结构互连材料及其制备方法，所述Cu@In@Ag核壳结构互连材料包括Cu核，所述Cu核的表面包覆有In@Ag层，形成Cu@In@Ag核壳结构，所述In@Ag层为Ag‑In金属间化合物。本发明技术方案的技术方案，以铜为核，In@Ag包覆其外，其中中间层In的存在可以使焊接温度低于250℃，最外层Ag提升了核壳结构粉末的抗氧化性，同时在回流过程钟与In反应生成高熔点金属间化合物相，提高焊点的耐高温能力及高温剪切强度，实现低温连接高温服役的目的；微米级铜核的存在可以缓解应力集中，匹配基板的热膨胀系数，阻止裂纹扩展。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种Cu@In@Ag核壳结构互连材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的发展，器件已逐渐向小型化、集成化转变，这导致了单位面积上的功率密度和电流密度的升高，从而引起发热量的激增，有的局部温度可达到350℃。而传统的半导体材料Si只能在低于175℃下稳定工作，而第三代半导体如SiC、GaN等，具有更宽带隙、更高的电子饱和率和击穿电压，因此它们可以在温度更高的环境中稳定使用。如今越来越多的领域应用到大功率器件，如雷达、飞行器、空间探测、新能源等；SiC功率器件也被成功应用在太阳能逆变器、风力涡轮机、能源汽车的电源控制单元等。

目前常用的芯片互连材料都存在不足：应用较广泛的锡基钎料如SAC305，具有较好的润湿铺展性能并且能与大多数金属形成可靠的冶金结合，但是其熔点较低，无法在高于250℃的高温条件下稳定工作；金基钎料具有较好的力学性能，但是生成的焊点局部硬脆，成本较高；铋基钎料具有更低的熔点，可以在较低温度下进行回流焊接过程，但其热导率较低、可靠性一般；导电胶作为一种潜力较大的互连材料近年来得到了广泛关注，但是由于其含有较高的聚合物成分，因此热电性能较差；纳米银浆料是另一种有广泛应用前景的互连材料，它可以在300℃以下烧结，可以承受900℃的高温，具有优异的电导率、热导率，但银离子的电迁移现象，以及其较高的成本阻碍了纳米银浆的广泛应用。

中国专利CN106180696B公开了基于Ni@Sn核壳结构高温钎料的制备方法，所述核壳结构金属粉的成分仅有Ni、Sn两种元素，是通过微、纳米镍球表面镀附一定厚度的具有可焊性的Sn层来实现。此方法为双层核壳结构，最外层Sn易氧化，影响回流过程中核壳粉末之间的连接，最终生成的焊缝抗氧化性能差，无法长时间服役；由于Sn的存在，回流温度需设置在250℃，回流温度较高对芯片的热影响会变大；同时以微、纳米级的Ni球为核，相对于Cu成本较高，不适用于工业生产。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种Cu@In@Ag核壳结构互连材料及其制备方法，此材料可以制备为互连材料的预制片，由该预制片和铜基板/镀银铜基板焊接形成的焊点可以在低于200℃下进行回流，最终生成的焊点可以在高于400℃下服役，具有较好的热电性能、抗氧化性及高温可靠性。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种Cu@In@Ag核壳结构互连材料，其包括Cu核，所述Cu核的表面包覆有In@Ag层，形成Cu@In@Ag核壳结构，所述In@Ag层为Ag-In金属间化合物。

作为本发明的进一步改进，所述Cu核的粒径为5μm~35μm。进一步的，所述Cu核的形貌为球形。

作为本发明的进一步改进，所述Ag-In金属间化合物包括AgIn₂。

作为本发明的进一步改进，所述In@Ag层的厚度为1-5μm。

本发明公开了如上任意一项所述的Cu@In@Ag核壳结构互连材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，对铜粉进行前处理；

步骤S2，配制镀铟溶液；

步骤S3，将步骤S1前处理后的铜粉加入到所述镀铟溶液中，并加入还原剂进行化学镀反应，在铜粉的表面镀覆In层；