CN102935518B - 一种芯片贴装用纳米银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备芯片贴装用纳米银浆的方法，包括以下几个步骤：步骤A:将还原剂和分散剂滴入硝酸银溶液中，搅拌；步骤B:将步骤A所得的溶液进行离心分离，得到上层为混合溶液，下层为沉淀的纳米银颗粒；步骤C:将步骤B分离出的纳米银颗粒用去离子水清洗后，再用电解质溶液絮凝，重新析出可进行离心分离的纳米银颗粒；步骤D:将纳米银颗粒反复进行清洗、絮凝、离心多次，最终得到水溶性纳米银浆；步骤E:将步骤D得到的纳米银浆作用于芯片与基板表面进行互连，通过热风工作台或炉中加热形成烧结接头。
Description
技术领域
本发明适用于电子封装互连应用，涉及一种芯片贴装用纳米银浆及其制备方法，尤其涉及一种芯片贴装用低温快速烧结纳米银浆及其制备方法。
背景技术
受国际范围内电子产品无铅化的限制，作为无铅化互连材料的银浆产品应运而生。由于该材料具有绿色环保、无固态老化现象、抗腐蚀能力强等诸多优点被应用在芯片贴装互连中。
现有的作为电子封装芯片互连材料的纳米银浆或微米银浆，普遍的缺点为加工过程中需要施加烧结压力，这种工艺过程不利于芯片贴装自动化的实现，并且有破坏芯片的潜在危险。另一个重要缺点为烧结温度高且烧结时间长，一般在230-350℃需要烧结保温0.5-1h。基板材料及其他封装材料不能承受长时间、如此高的烧结加工温度。
从银浆的组成成分分析，造成高烧结温度、长烧结时间或需要压力辅助烧结的原因之一是银浆中添加了有机高分子物质，这类材料的热分解温度均超过230℃，导致烧结不易在较低温度下进行。另外，银颗粒的大小也影响着烧结温度。一般的规律是颗粒尺寸越大，烧结温度越高，因此，控制颗粒大小也能够降低烧结温度。
另外，现有银浆的导热性不能满足现有高功率密度系统的散热要求。以LED产业来说，散热是LED封装中的首要问题。1W、3W、5W的大功率LED芯片及模组相继走向市场，大的功率耗散带来大的发热量，这严重影响了LED的出光效率及使用寿命。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种制备芯片贴装用纳米银浆的方法，包括以下几个步骤：
步骤A:将还原剂、分散剂滴入硝酸银中，搅拌；
步骤B:将步骤A所得的溶液进行离心分离，得到上层为混合溶液，下层为沉淀的纳米银颗粒；步骤C:将底层分离出的纳米银颗粒用去离子水清洗后，再用电解质溶液絮凝，重新析出可进行离心分离的纳米银颗粒；
步骤D:将纳米银颗粒反复进行清洗、絮凝、离心多次，最终得到芯片贴装用纳米银浆；
步骤E：将步骤D得到的纳米银浆作用于芯片与基板表面进行互连，通过热风工作台或炉中加热形成烧结接头。
优选的，所述硝酸银溶液浓度为0.4-1mol/L。
优选的，所述步骤A中的滴加速度为10-50ml/min。
优选的，所述步骤A中的搅拌速度为100-500r/min，搅拌时间为5-10min。
优选的，所述步骤B中的离心分离的转速为2000-5000r/min。
优选的，所述步骤C中的电解质溶液采用柠檬酸盐、硝酸盐溶液中的一种或几种。
优选的，所述步骤C中的电解质溶液浓度为0.5-2mol/L。
优选的，所述还原剂采用硼氢化钠、水合柠檬酸钠、亚铁盐（硫酸亚铁、氯化亚铁）中的一种或者几种；所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、水合柠檬酸钠、C6-C12脂肪酸中的一种或几种。
其中，亚铁盐包括硫酸亚铁和氯化亚铁，C6-C12脂肪酸包括：辛酸、月桂酸，水合柠檬酸钠既可做分散剂也可以做还原剂。
优选的，所述步骤E中的烧结温度为150-280℃，烧结时间为10s-20min。
本发明还提供了一种采用该方法制备的芯片贴装用纳米银浆，所述纳米银浆采用粒径为10nm-30nm的球形银颗粒。
本发明的有益效果：
1.本发明中的制备方法简单，制备的工艺条件稳定可靠，对环境无污染；纳米银浆烧结温度和烧结时间显著降低：烧结温度可降低到150℃，烧结时间可以降低至30s，且不需要压力辅助烧结，更适于自动化生产。
2.采用本发明中的方法所制备得到的纳米颗粒尺寸小，且均匀度高，并且具有比锡-铅钎料(热导率为51W/K·m)更高的导热性能，通过激光闪射法测量本烧结纳米银浆的热导率，其值大于74W/K·m，且所得到的接头的热导率值也得到了提高，因此，应用在大功率芯片上能够有效解决散热问题。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
实施例1
首先，称取6mL、2mol/L的柠檬酸钠以20mL/min的速度，滴加到2.5mL，1mol/L的硝酸银溶液中，同时施加400r/min的机械搅拌。待溶液滴加完毕后，继续搅拌5min。
将化学反应得到的纳米银溶液以3500r/min的转速进行离心分离10min。离心完毕后，倒去上层混合溶液，得到下层沉淀的纳米银颗粒。将纳米银颗粒用去离子水清洗后，用50mL、1mol/L的硝酸钾溶液絮凝后再次离心分离。
反复进行三次，得到最终的纳米银浆。将纳米银浆作用于芯片与基板互连表面，用热风工作台加热，烧结温度设定为150℃，烧结时间为10min，形成烧结接头。
实施例2
首先，称取2.5mL、1mol/L的柠檬酸钠与3.5mL、2mol/L的硼氢化钠溶液混合，以10mL/min的速度，滴加到3mL、0.5mol/L的硝酸银溶液中，同时滴加1mL、0.3mol/L聚乙烯吡咯烷酮溶液，施加500r/min的机械搅拌。待溶液滴加完毕后，继续搅拌5min。
将得到的纳米银溶液以5000r/min的转速进行离心分离5min。离心完毕后，倒去上层混合溶液，得到下层沉淀的纳米银浆。将纳米银浆用去离子水清洗后，用50mL、1mol/L的柠檬酸钠溶液絮凝后再次离心分离。
反复进行三次，得到最终的纳米银浆。将纳米银浆作用于芯片与基板互连表面，用热风工作台加热，烧结温度为200℃，烧结时间30s，形成烧结接头。
实施例3
首先，称取3.5mL、1.5mol/L二水合柠檬酸钠与2.5mL、1mol/L的硫酸亚铁溶液混合，以20mL/min的速度，滴加到2.5mL、0.5mol/L的硝酸银溶液中，施加300r/min的机械搅拌。待溶液滴加完毕后，继续搅拌5min。
将得到的纳米银溶液以5000r/min的转速进行离心分离5min。离心完毕后，倒去上层混合溶液，得到下层沉淀的纳米银浆。将纳米银浆用去离子水清洗后，用50mL、1.5mol/L的柠檬酸钠溶液絮凝后再次离心分离。
反复进行三次，得到最终的纳米银浆。将纳米银浆作用于芯片与基板互连表面，用热风工作台加热，烧结温度为200℃，烧结时间120s，形成烧结接头。
实施例4
首先，称取3mL、1mol/L的二水合柠檬酸钠与3mL、1.5mol/L的氯化亚铁溶液混合，以50mL/min的速度，滴加到3mL、0.5mol/L的硝酸银溶液中，同时滴加1mL、0.3mol/L聚乙烯吡咯烷酮溶液，施加400r/min的机械搅拌。
将得到的纳米银溶液以3000r/min的转速进行离心分离15min。离心完毕后，倒去上层混合溶液，得到下层沉淀的纳米银浆。将纳米银浆用去离子水清洗后，用50mL、1mol/L的硝酸钠溶液絮凝后再次离心分离。
反复进行三次，得到最终的纳米银浆。将纳米银浆作用于芯片与基板互连表面，用热风工作台加热，烧结温度为250℃，烧结时间30s，形成烧结接头。
实施例1至4的性能如表1所示：
表1
由表1中可以看出，采用本发明中的方法，得到的纳米银浆的最终粒径比较小且热导率值高；最后烧结成的接头与平常钎焊接头相比，无固态老化现象，导热性能更好，并且可以在温度高于加工温度的情况下工作，扩大了接头应用范围；与其他银浆烧结接头相比，加工工工艺参数更优。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种制备芯片贴装用纳米银浆的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤A:将还原剂和分散剂滴入硝酸银溶液中，搅拌;
步骤B:将步骤A所得的溶液进行离心分离，得到上层为混合溶液，下层为沉淀的纳米银颗粒；
步骤C:将步骤B分离出的纳米银颗粒用去离子水清洗后，再用电解质溶液絮凝，重新析出可进行离心分离的纳米银颗粒；
步骤D:将纳米银颗粒反复进行清洗、絮凝、离心多次，最终得到芯片贴装用纳米银浆；
步骤E：将步骤D得到的纳米银浆作用于芯片与基板表面进行互连，通过热风工作台或炉中加热形成烧结接头；
所述还原剂采用硼氢化钠、水合柠檬酸钠、亚铁盐中的一种或者几种；
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、水合柠檬酸钠、C6-C12脂肪酸中的一种或几种；
电解质溶液采用柠檬酸盐、硝酸盐溶液中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述硝酸银溶液浓度为0.4-1mol/L。
3.如权利要求2所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的滴加速度为10-50ml/min。
4.如权利要求3所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤A中的搅拌速度为100-500r/min，搅拌时间为5-10min。
5.如权利要求4所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤B中的离心分离的转速为2000-5000r/min。
6.如权利要求5所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤C中的电解质溶液浓度为0.5-2mol/L。
7.如权利要求6所述的芯片贴装用纳米银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤E中的烧结温度为150-280℃，烧结时间为10s-20min。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备的芯片贴装用纳米银浆，其特征在于，所述芯片贴装用纳米银浆的采用粒径为10nm-30nm的球形银颗粒。
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