CN101246760A - 基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺 - Google Patents

基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺，由固相成分和有机粘结剂组成，其中固相成分与有机粘结剂按重量比为70～90∶30～10组成，固相成分是由片状与球状复合银粉与玻璃粉按重量比为65～90∶35～10混合制成，其中球状与片状银粉的重量之比为5～15∶95～85，复合银粉的平均粒径小于4μm，玻璃粉为PbO－Al2O3－SiO2系玻璃粉，主要成分质量比重为：PbO95％～60％、Al2O32％～30％、SiO21％～20％、TiO20.5％～20％；有机粘结剂中各组分的重量比：松油醇50～70％、柠檬酸三丁酯35～15％、卵磷脂5～1％、乙基纤维素8～3％、氢化蓖麻油5～10％、二甲苯2～10％。本发明具有高热导、高导电、低膨胀系数、高散热性。

Description

基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种基于半导体芯片粘贴用低温烧结型浆料，本发明还涉及该基于半导体芯片粘结用低温烧结型浆料的制备工艺。
背景技术
在半导体芯片、大规模集成电路、混合电路中大面积陶瓷基片贴片，微波电路的组装，在现有的应用于集成电路芯片贴装工艺，现有组装工艺造成芯片开裂失效、技术状态不稳定，这对于军用电子元器件的可靠性和使用寿命具有十分不利的影响。不能满足武器装备电子元器件的需求，制约了电子组装材料的技术进步，不利于提高军用电子元器件的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高热导、高导电、低膨胀系数、高散热性的基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料的制备工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供的基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料，由固相成分和有机粘结剂组成，其中固相成分与有机粘结剂按重量比为70～90∶30～10组成，固相成分是由片状与球状复合银粉与玻璃粉按重量比为65～90∶35～10混合制成，其中球状与片状银粉的重量之比为5～15∶95～85，复合银粉的平均粒径小于4μm，玻璃粉为PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉，主要成分质量比重为：PbO95％～60％、Al2O32％～30％、SiO21％～20％、TiO20.5％～20％；有机粘结剂中各组分的重量比：松油醇50～70％、柠檬酸三丁酯15～35％、卵磷脂1～5％、乙基纤维素3～8％、氢化蓖麻油5～10％、二甲苯2～10％。
本发明提供的基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料的制备工艺为：
(A)、调制片状球状复合银粉：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为5～15∶95～85混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
(B)、配制有机粘结剂：将有机溶剂及增稠剂、表面活性剂、触变剂按一定比例于60～90℃充分搅拌数小时使其充分溶解，各类原料及配比为：松油醇50～70％、柠檬酸三丁酯15～35％、卵磷脂1～5％、乙基纤维素3～8％、氢化蓖麻油5～10％、二甲苯2～10％；
(C)、超细玻璃粉的制备：将玻璃粉置入球磨机种球磨，得到粒径不大于6μm的微粉；
(D)、浆料的调制：按球状片状混合银粉∶玻璃粉为65～90∶35～10的重量比配制固相成分，并按固相成分∶有机粘结剂为70～90∶30～10的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行三辊轧制。
采用上述技术方案的基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料及其制备工艺，优点在于：
1、选用PbO-Al2O3-SiO2体系玻璃粉、球状片状混合银粉与有机粘结剂制成的浆料可在400℃左右烧结成功。
2、选用多组分的醇和酯类主溶剂代替传统的单组分醇类溶剂，将不同沸点及挥发速度的主溶剂按合理的比例配制使浆料在印刷、烘干、烧成等过程中均衡挥发，避免溶剂集中挥发而出现开裂、空洞等缺陷。
3、选用氢化蓖麻油作为触变剂，在有机粘结剂体系中形成良好的胶体结构，使浆料具有优良的触变性及防沉效果。
4、本发明的导电浆料印刷特性和烧结特性优良，粘结性能好、方阻低等优点。
本发明是一种耐热、耐机械环境恶劣条件、既方便使用又经济的高热导高导电低膨胀银—玻璃粘结剂，该材料应用于集成电路芯片贴装工艺，解决现有组装工艺造成芯片开裂失效、技术状态不稳定问题，这对于提高军用电子元器件的可靠性和使用寿命具有十分重要的意义。本发明具有高热导、高导电、低膨胀系数、高散热性，尤其适合于自动分配、高速冲印或滴涂组装工艺和大的陶瓷芯片组装连接，它不需要助溶剂，能均匀地无气孔覆盖，固有的柔性能消除焊接的热应力，避免合金钎焊导致的刚性和脆性引起的大芯片开裂失效的危险，解决合金粘结时，合金粉末的松动颗粒在苛刻工作环境下易造成器件短路的问题等优点。
该新材料能广泛应用于半导体芯片、大规模集成电路、混合电路中大面积陶瓷基片贴片，微波电路的组装，这对于满足武器装备电子元器件的需求，促进电子组装材料的技术进步，提高军用电子元器件的可靠性具有重大实际意义。该新材料还可广泛用于民用集成电路和混合电路组装工艺中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
用于芯片粘结用的导电浆料
1、玻璃粉的选择：选用PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉；
2、球磨及粒度的控制：将玻璃粉放入球磨机进行球磨，采用氧化锆球，料∶球∶水＝1∶1.3∶0.8～1.2；
3、混合银粉的制备：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为15∶85混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
4、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇65％、柠檬酸三丁酯20％、卵磷脂1.5％、乙基纤维素5％、氢化蓖麻油5％、二甲苯3.5％，于80℃充分搅拌数小时使其充分溶解；
5、调浆工艺：按固相成分(混合银粉∶玻璃粉＝75∶25)：有机粘结剂为80∶20的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行三辊轧制。
6、浆料的性能：
芯片剪切力：＞22.83N；
方阻：＜1mΩ/□；
共熔温度：≤430℃。
实施例2：
用于芯片粘结用的导电浆料
5、玻璃粉的选择：选用PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉。
2、球磨及粒度的控制：将玻璃粉放入球磨机进行球磨，采用氧化锆球，料∶球∶水＝1∶1.3∶0.8～1.2
3、混合银粉的制备：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为5∶95混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
4、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇50％、柠檬酸三丁酯35％、卵磷脂5％、乙基纤维素3％、氢化蓖麻油5％、二甲苯2％，于70℃充分搅拌数小时使其充分溶解；
5、调浆工艺：按固相成分(混合银粉∶玻璃粉＝65∶35)：有机粘结剂为85∶15的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行三辊轧制。
6、浆料的性能：
芯片剪切力：＞31.85N；
方阻：＜1.24mΩ/□；
共熔温度：≤430℃。
实施例3：
用于芯片粘结用的导电浆料
1、玻璃粉的选择：选用PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉。
2、球磨及粒度的控制：将玻璃粉放入球磨机进行球磨，采用氧化锆球，料∶球∶水＝1∶1.3∶0.8～1.2
3、混合银粉的制备：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为10∶90混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
4、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇60％、柠檬酸三丁酯15％、卵磷脂5％、乙基纤维素5％、氢化蓖麻油10％、二甲苯5％，于60℃充分搅拌数小时使其充分溶解；
5、调浆工艺：按固相成分(混合银粉∶玻璃粉＝80∶20)：有机粘结剂为60∶40的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行三辊轧制。
6、浆料的性能：
芯片剪切力：＞15.48N；
方阻：＜0.95mΩ/□；
共熔温度：≤430℃。
实施例4：
用于芯片粘结用的导电浆料
1、玻璃粉的选择：选用PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉。
2、球磨及粒度的控制：将玻璃粉放入球磨机进行球磨，采用氧化锆球，料∶球∶水＝1∶1.3∶0.8～1.2
3、混合银粉的制备：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为8∶92混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
4、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇70％、柠檬酸三丁酯19％、卵磷脂1％、乙基纤维素3％、氢化蓖麻油5％、二甲苯2％，于90℃充分搅拌数小时使其充分溶解；
5、调浆工艺：按固相成分(混合银粉∶玻璃粉＝85∶15)：有机粘结剂为80∶20的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行三辊轧制。
6、浆料的性能：
芯片剪切力：＞10.78N；
方阻：＜0.91mΩ/□cm；
共熔温度：≤430℃。

Claims (2)

1、一种基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料，其特征在于：由固相成分和有机粘结剂组成，其中固相成分与有机粘结剂按重量比为70～90∶30～10组成，固相成分是由片状与球状复合银粉与玻璃粉按重量比为65～90∶35～10混合制成，其中球状与片状银粉的重量之比为5～15∶95～85，复合银粉的平均粒径小于4μm，玻璃粉为PbO-Al2O3-SiO2系玻璃粉，主要成分质量比重为：PbO95％～60％、Al2O32％～30％、SiO21％～20％、TiO20.5％～20％；有机粘结剂中各组分的重量比：松油醇50～70％、柠檬酸三丁酯35～15％、卵磷脂5～1％、乙基纤维素8～3％、氢化蓖麻油5～10％、二甲苯2～10％。
2、制备权利要求1所述的基于半导体芯片粘结用低温烧结型导电浆料的工艺，其特征在于：
(A)、调制片状球状复合银粉：选用粒度4～10μm的球状银粉、片状银粉，按球状与片状银粉的重量之比为5～15∶95～85混合制得所需的球状片状混合银粉备用；
(B)、配制有机粘结剂：将有机溶剂及增稠剂、表面活性剂、触变剂按一定比例于60～90℃充分搅拌数小时使其充分溶解，各类原料及配比为：松油醇50～70％、柠檬酸三丁酯15～35％、卵磷脂1～5％、乙基纤维素3～8％、氢化蓖麻油5～10％、二甲苯2～10％；
(C)、超细玻璃粉的制备：将玻璃粉置入球磨机种球磨，得到粒径不大于6μm的微粉；
(D)、浆料的调制：按球状片状混合银粉∶玻璃粉为65～90∶35～10的重量比配制固相成分，并按固相成分∶有机粘结剂为70～90∶30～10的重量比将原料置于容器中充分搅拌后进行轧制。
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