[发明专利]三峰铜-银核壳颗粒焊膏及其制备方法

说明书

本发明属于半导体焊接材料技术领域，具体涉及一种三峰铜‑银核壳颗粒焊膏及其制备方法，包括1～3μm的微米级铜‑银核壳颗粒、200nm～800nm亚微米级铜‑银核壳颗粒、20～80nm纳米级铜‑银核壳颗粒以及有机溶剂，三种铜‑银核壳颗粒中银总含量为15wt％～25wt％，微米级铜‑银核壳颗粒、亚微米级铜‑银核壳颗粒以及纳米级铜‑银核壳颗粒的体积占比分别为55％～65％、30％～40％以及5％～15％，有机溶剂的占比为10wt％～20wt％。其中微米级铜‑银核壳颗粒、亚微米级铜‑银核壳颗粒和纳米级铜‑银核壳颗粒采用相应的铜颗粒经过处理后再化学镀银制得。本发明解决了纳米铜易氧化、烧结后连接不紧密、可靠性低的问题。

技术领域

本发明属于半导体焊接材料技术领域，具体涉及一种三峰铜-银核壳颗粒焊膏及其制备方法。

背景技术

目前，功率模块中芯片与基板连接应用最广泛的材料是焊料合金。焊料合金可分为锡铅焊料和无铅焊料两类。传统锡铅焊料具有低工艺温度、低操作成本等优点，然而铅是有毒重金属元素，含铅电力电子产品难以回收，对环境造成污染，危害生物健康。而纳米金属颗粒焊膏凭借其优越的电热性能和“低温连接、高温服役”的特点已成为电子封装连接材料的重要发展方向，其中纳米铜和纳米银焊膏得到了广泛的研究。纳米铜具有良好的低温连接和高温工作性能，具备优秀的电热传输能力，且价格相对低廉，对环境绿色无害，被认为是最有前途的互连材料，但是纳米铜易氧化，烧结后连接不紧密，可靠性低。

发明内容

本发明意在提供一种三峰铜-银核壳颗粒焊膏及其制备方法，以解决纳米铜易氧化、烧结后连接不紧密、可靠性低的问题。

为了达到上述目的，本发明的一方面在于提供一种三峰铜-银核壳颗粒焊膏，包括1～3μm的微米级铜-银核壳颗粒、200nm～800nm亚微米级铜-银核壳颗粒、20～80nm纳米级铜-银核壳颗粒以及有机溶剂，三种铜-银核壳颗粒中银总含量为15wt％～25wt％，微米级铜-银核壳颗粒、亚微米级铜-银核壳颗粒以及纳米级铜-银核壳颗粒的体积占比分别为55％～65％、30％～40％以及5％～15％，有机溶剂的占比为10wt％～20wt％。

可选地，有机溶剂包括溶剂型还原剂。

可选地，溶剂型还原剂包括乙二醇、甘油、异丁醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺中的至少一种。

可选地，微米级铜-银核壳颗粒、亚微米级铜-银核壳颗粒、纳米级铜-银核壳颗粒通过以下方法制得：

将微米级铜颗粒、亚微米级铜颗粒以及纳米级铜颗粒依次放入OP-10、H₂SO₄、SnCl₂和PdCl₂溶液中进行漂洗，再过滤出颗粒后分别进行脱脂、分散、去除氧化物、增敏和活化处理，再将处理后的颗粒放入由PVP、AgNO₃、EDTA二钠盐、还原剂组成的水浴液中加热并进行磁搅拌，过滤后获得微米级铜-银核壳颗粒、亚微米级铜-银核壳颗粒、纳米级铜-银核壳颗粒。

可选地，在对微米级铜颗粒、亚微米级铜颗粒以及纳米级铜颗粒进行漂洗前，先在微米级铜颗粒、亚微米级铜颗粒以及纳米级铜颗粒表面包覆上柠檬酸盐。

柠檬酸盐包覆在铜颗粒表面可以减少铜颗粒与氧气的接触，从而减少铜的氧化；而成，烧结过程中，柠檬酸盐的热分解产生一种中间产物：甲酸(HCOOH)。在160℃以上，HCOOH分解产生氢(H₂)和二氧化碳(CO²)。H₂作为HCOOH的热分解产物，将生成的CuO或Cu₂O还原为Cu。从而减少了烧结过程中的氧化现象，提高了剪切强度，提高导电性。

可选地，在对微米级铜颗粒、亚微米级铜颗粒以及纳米级铜颗粒进行漂洗前，先在微米级铜颗粒、亚微米级铜颗粒以及纳米级铜颗粒表面包覆上柠檬酸盐的方法为：