CN107221373A - 一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法。低温烧结混合型导电银浆包括导电银粉和有机载体；导电银粉占50‐95wt％，有机载体占5‐50wt％；导电银粉含有20‐60wt％微米级片状银粉、5‐40wt％亚微米级球形银粉和20‐60wt％纳米级球形银粉；有机载体含有3‐30wt％的粘结剂、40‐97.9wt％的溶剂和0.01‐30wt％的其它添加剂。本发明微米银粉与亚微米银粉表面改性的方式可以使改性后表面分散剂的分解温度与此类型的水基离子型分散剂的分解温度相适应，从而实现混合银浆的低温烧结。

Description

一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电银浆，具体涉及一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法，特别适用于高功率芯片封装及导电线路的形成；属于电子封装材料领域。

背景技术

近年来随着大功率半导体元器件应用的不断扩大，对电子封装互连材料提出了更高的要求。大功率芯片，如碳化硅和氮化镓的使用温度很高，且电流密度较大，即要求互连材料可以承受超过200℃的使用温度，并能够承受高的电流密度。在这样的使用条件下，电子封装领域传统的锡铅钎料与无铅钎料均不能满足这样的使用条件。而纳米银以其极高的表面能，可以使得含有纳米银的导电浆料在实现低温烧结，高温服役，其烧结温度可低至250℃，甚至室温，而其烧结后形成的银焊点，再次熔化温度理论上可达到961℃(银的熔点)。并且银具有高的热导率与电导率，抗腐蚀以及抗蠕变的性能，且在服役过程中不存在固态老化现象，因此特别适用于大功率半导体产品。

在导电浆料中，将微米级与纳米级的银粉进行混合，以微米银粉作为结构支撑，以纳米银粉填充缝隙，在缝隙中实现烧结。在仅使用于纳米银的纳米银浆中，由于纳米银超高的表面能，导致剧烈的收缩，存在极大的内用力，容易引起裂纹与龟裂，严重恶化了纳米银浆烧结银焊点的力学性能与电学性能。而微米银与亚微米银粉的引入，可以减小这种内应力的产生，而使得烧结后形成的银焊点具有比纳米银浆烧结后形成的银焊点更加致密的结构，从而具有更加优异的力学性能、电学性能和导热性能。同时混合银浆与纳米银浆相比，混合银浆的纳米银粉的用量小，使得原料成本被降低。

微米银、亚微米银与纳米银混合制备导电银浆可以充分利用不同粒径和形貌的配合，使银粉在结构上形成更加致密堆积的状态。中国发明专利申请CN105632588A使用片状微米银粉、球形亚微米银粉与纳米银粉混合制备导电银浆，但是由于树脂基体的引入使其无法在高温下使用；中国发明专利申请CN 102592710 A使用了微米银粉与亚微米银粉混合制备导电银浆，但是由于玻璃相的引入使其烧结温度高于850℃。过高的温度将对芯片与基板造成严重的损伤并使器件失效；且高温烧结时导电银浆与基板与芯片之间因热膨胀系数失配带来的内应力将急剧增大，从而加速了烧结焊点失效严重影响了导电银浆烧结焊点的可靠性。

为了实现低温烧结，针对纳米银粉现有技术选用离子型的有机分散剂，该类分散剂与非离子型的有机分散剂相比，具有更低的分解温度和更加稳定的分散效果。如中国发明专利申请CN 105414556A使用柠檬酸钠作为分散剂，在去离子水中合成制备的纳米银粒子，烧结温度可降低至200℃以下，并通过减薄技术提高了纳米银浆的导热性能。但因为在制备混合导电银浆的过程中，需要添加粘结剂及一些其它的有机添加剂，以实现良好的烧结性能，而这些粘结剂及有机添加剂要溶解在有机溶剂中，是这种类型的分散剂在有机溶剂中很难电解，而失去了双电层的分散优势，而使得包覆有离子型分散剂的纳米银粒子在有机溶剂中易于聚集沉降、分散性差、发生与微米银粒、亚微米银混合不均匀的现象。因而该类离子型的分散剂在微米、亚微米、纳米混合银浆的制备中的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供了一种烧结温度低于250℃且分散均匀，成本低，致密度高，孔隙率低至2.2％的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法；

本发明提供了一种有效的溶剂复配方案，既可以使离子型分散剂柠檬酸钠在有机溶剂体系中充分的电解，使纳米粒子的充分分散，实现较低温度下的烧结；又可以溶解粘结剂及其它有机添加剂，使制备的混合型导电银浆具有更优异的力学及电学性能。具体是，本发明提供了一种微米银粉与亚微米银粉表面改性的方式，使微米银粉与亚微米银粉表面的润滑层被多元有机酸替代。其可以在溶剂体系中充分分散，在实现三种粒子的均一互混的前提下，分解温度在150℃以下，近似于柠檬酸钠与纳米银粒子表面的非桥接羟基脱离的温度，使烧结时纳米银与微米银、亚微米银之间在良好的接触，从而实现混合银浆的低温烧结。

本发明为了实现微米、亚微米、纳米银的均一互溶，对微米银与亚微米银粉进行表面改性，使表面的润滑剂被去除或被其他分散剂取代，使微米银粉良好的分散在选定的有机溶剂体系中，并且被取代的分散剂的分解温度低于或近似于纳米银粉分散剂的分解温度，否则，纳米银与微米银、亚微米银之间无法形成良好接触，会使得纳米银粉之间先进行接触烧结，而使其有效半径减少，烧结驱动降低，严重影响烧结质量。

本发明提供了可以溶解水基纳米银粒子的有机载体体系，该有机载体体系既可以使柠檬酸钠等离子型分散剂有效电解，从而使水基纳米粒子在混合银浆体系中充分分散，解决了水基离子型分散剂难以在有机溶剂中电解而引起的纳米银粒子聚集沉降、分散性差、与微米银粒与亚微米银混合不均匀的现象；制备的含有水基纳米银的混合型导电银浆，因为柠檬酸钠低的分解温度与亚微米银粉与微米银粉的表面改性方法配合，从而实现混合银浆200℃的低温烧结，与仅含有纳米银粉的纳米银浆相比获得了更加致密的结构，且减少了内应力的产生，从而获得了较佳的力学性能与电学性能。

为了达到发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，包括导电银粉和有机载体；所述的导电银粉占50‐95wt％，所述的有机载体占5‐50wt％；所述的导电银粉含有20‐60wt％微米级片状银粉、5‐40wt％亚微米级球形银粉和20‐60wt％纳米级球形银粉；所述的有机载体含有3‐30wt％的粘结剂、40‐97.9wt％的溶剂和0.01‐30wt％的其它添加剂；

所述的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉通过如下方式进行表面改性：配置多元有机酸乙醇溶液，所述多元有机酸的分解温度在200℃以下；将所述的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中；使用超声波清洗；将洗好的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉使用离心机离心分离后，使用丙酮或去离子水反复清洗；

所述的有机载体是将粘结剂、溶剂与其他添加剂混合加热至50‐75℃保温后冷却至室温得到；所述的粘结剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚乙烯酸和聚丙烯酸中的一种或多种；所述的其它添加剂为润湿剂、活性剂、乳化剂、流平剂、成膜剂、触变剂、抗氧化剂和消泡剂中的一种或多种。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述的纳米级球形银粉采用如下方法制备：将柠檬酸钠溶液与硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入的硝酸银溶液中，室温下反应，控制柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比范围为1:1:1‐8:5:5；反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗。所述的纳米级球形银粉表面存在分散剂为分解温度在200℃以下离子型的分散剂，分散剂为柠檬酸钠，纳米银的合成方法采用改进的Carey‐Lea方法。

优选地，所述柠檬酸钠溶液的浓度为400‐450g/L；所述硫酸亚铁溶液的浓度为250‐300g/L；所述硝酸银溶液的浓度为70‐90g/L，所述室温下反应的时间为30‐40min；所述使用去离子水反复清洗的次数至少3次。

优选地，所述微米级片状银粉的粒径为1‐20μm，厚度为0.1‐2μm；所述亚微米级球形银粉的粒径为100‐800nm；所述纳米级球形银粉的粒径为5‐80nm。

进一步优选微米级片状银粉的平均粒径为3‐9μm片厚为0.2‐1.2μm，优选的亚微米级球形银粉的平均粒径为300‐500nm，优选的纳米级球形银粉的平均粒径为10‐50nm。

优选地，所述多元有机酸为草酸、丙二酸或柠檬酸中的一种或多种；所述多元有机酸乙醇溶液的浓度为10‐50g/L。

优选地，所述超声波清洗是使用超声波清洗器以40‐350W的功率清洗30‐60min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下。

优选地，所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二丙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇苯醚和丙二醇苯醚中的一种或多种。

优选地，所述的润湿剂为丁基萘磺酸钠盐或烷基萘磺酸盐中的一种或多种；活性剂为柠檬酸或丁二酸中的一种或多种；乳化剂为司盘60或司盘80中的一种或多种；流平剂为改性丙烯酸类流平剂中的一种或多种；增稠剂为PEG 1000、PEG 4000或PVA中的一种或多种；成膜剂为KE604或AX‐E中的一种或多种；触变剂为6500或BYK‐405中的一种或多种；抗氧化剂为抗氧化剂1010或抗坏血酸棕榈酸酯中的一种或多种；消泡剂为聚醚类消泡剂或有机硅消泡剂中的一种或多种。

所述芯片封装用低温烧结混合型导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粘结剂、溶剂与其他添加剂混合加热至50‐75℃保温5‐10min后冷却至室温制备得到有机载体；优选的加热温度范围为60‐70℃，优选的保温时间为8‐10min；

(2)将纳米级球形银粉、微米级片状银粉和亚微米级球形银粉与所述有机载体混合搅拌均匀，制得混合型导电银浆；

(3)混合型导电银浆的采用漏印方式涂敷，烧结在温控压力烧结装置上进行，以5‐20℃/min的加热速率从室温加热到烧结温度150‐350℃后，向焊点施加向下0‐5MPa的烧结压力并保温。

优选地，所述保温时间为30‐60min。优选的加热速率为10‐15℃/min，优选的烧结温度为200‐250℃，优选的烧结压力在1‐2MPa。

优选的导电银粉的含量为60‐90wt％，优选的有机载体的含量为10‐40wt％。

优选的微米级片状银粉含量占导电银粉的30‐50wt％，优选的亚微米级球形银粉含量占导电银粉的10‐30wt％，优选的纳米级球形银粉含量占导电银粉的30‐50wt％。

进一步优选所述的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉通过如下方式进行表面改性：

(1)配置10‐50g/L的多元有机酸乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，优选的多元有机酸乙醇溶液的浓度为30‐40g/L；

(2)使用超声波清洗器以40‐400W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，优选的超声波清洗器的功率为300‐350W；

(3)然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用丙酮或去离子水反复清洗至少3次。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、烧结温度低。由于传统的混合银浆中纳米银的分散剂一般为空间位阻型的长链高分子结构，这种类型的分散剂一般分解温度较高，通常烧结温度设置在分散剂分解温度以上，故烧结温度一般较高；而该体系的混合银浆采用的是水基离子型分散剂柠檬酸钠，该分散剂分解温度极低，故制备的混合银浆的烧结温度也较低，配合可以使其充分电解与分散的有机载体体系与微米银与亚微米银的表面改性方法，可以使混合银浆的烧结温度降低至200℃。

2、烧结结构致密。由于传统的混合银浆中的纳米银的分散一般为空间位阻型的长链高分子结构，这种类型的分散剂会限制纳米银粒子的移动，使其移动范围被限制在高分子链周围，使纳米银粒子的流动性变差，无法有效的填充亚微米银粉与微米银粉的空隙，且纳米银粒子之间易于发生团聚，团聚后的纳米银颗粒的有效半径降低，使的烧结驱动力下降，均使得烧结结构易于出现大的孔洞；本发明混合银浆采用的是水基离子型分散剂柠檬酸钠，这种分散剂在该体系选定的有机载体中可以充分的电离，电离后纳米银粒子不受高分子链限制，表现出了良好的流动性分散性，未发生聚沉等现象，因此纳米银粒子可以有效的填充有效的填充亚微米银粉与微米银粉的空隙，形成致密的烧结结构。

3、导电银粉的配比方式减小了纳米粒子的用量，使烧结后的银焊点的结构更加致密，且不含玻璃相与树脂基体，烧结后的含银量在98％以上，具有耐高温与导电率导热率高等优点。

4、本发明有机载体既可以使柠檬酸钠有效电解，从而使纳米粒子在混合银浆体系中充分分散，解决了水基离子型分散剂难以在有机溶剂中电解而引起的聚集沉降、分散性差、与微米银粒与亚微米银混合不均匀的现象，可以使纳米银粒子有良好的流动性，更易于填充微米银粉的空隙形成更加致密结构；又可以溶解粘结剂及其它有机添加剂，使制备的混合型导电银浆具有更优异的力学及电学性能。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。应对以下实施例作如下的理解，这些具体实施例仅用以解释说明本发明，并不是用于限定本发明。

实施例1

采用尺寸为6μm片厚为250nm的片状微米银粉、尺寸为500nm的球形亚微米银粉与合成制备的10nm的球形纳米银粉进行混合，混合的质量比例为2:1:2。

纳米银的合成方法为将440g/L柠檬酸钠溶液与280g/L硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入84g/L的硝酸银溶液中，室温下反应30min，柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比为7:5:5，反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次，即合成出以柠檬酸钠为分散剂的纳米银粒子。

片状微米银粉与球形亚微米银粉表面改性的方法为配置40g/L的柠檬酸的乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，使用超声波清洗器以350W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次再使用丙酮清洗1次。

将去离子水，丙三醇，二乙二醇乙醚以3:5:5的质量比进行混合制备得到有机载体的溶剂体系，并向溶剂中加入10wt％的粘结剂聚乙二醇、5wt％的活性剂柠檬酸、15wt％的成膜剂KE‐604、2wt％的乳化剂司盘60与2wt％丙烯酸流平剂，在磁力加热搅拌器上加热至60℃并保温5min后冷却至室温，制备得到混合银浆的有机载体。

将导电银粉(片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉)与有机载体按4:1的比例添加，采用行星式重力脱泡机均匀混合，转速为1000r/min，时间为2min。混合均匀后制备得到混合型导电银浆。根据最优密堆原理，用片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉以质量比2:1:2混合所制备的银浆其最大实际堆积密度可达87％以上，远远高于单独用片状微米银粉或球形纳米银粉所制备银浆的最大实际堆积密度(片状微米银粉：50％；球形纳米银粉64％)。

将导电银浆印刷在镀银铜板上，尺寸为2mm×2mm，厚度为150μm，并在其上放置一个2mm×2mm大小的镀银铜片作为伪芯片在200℃的温度下，1.25MPa的压力下进行烧结。并对烧结银焊点的剪切强度，使用万能力学试验机进行测试；烧结焊点的平均剪切强度为15.03MPa。对于导电银浆的电阻率，将所述的导电银浆印刷在玻璃板上，尺寸为1cm×1.5cm，厚度为60μm，在200℃的温度下，无压的条件下进行烧结。并对烧结后形成的导电银浆薄膜的电阻率，使用四探针电阻率测试仪进行测试，平均电阻率为0.022mΩ·cm。烧结后形成的烧结银焊点的致密度经烧结焊点的SEM图通过Image Pro Plus软件分析为97.8％，孔隙率为2.2％。

本实施例与现在芯片封装技术中常用的无铅钎料相比，本实施例的焊点的剪切强度相似(无铅钎料的剪切强度约20MPa)，但电阻率(本实施例的电阻率0.022mΩ·cm)远低于无铅钎料焊点的电阻率(无铅钎料的电阻率约0.10mΩ·cm)，这是由于银作为导电填料具有极高的电导率，而无铅钎料中的Cu₆Sn₅与Cu₃Sn的电导率较低，所以导电银浆形成的烧结焊点的电导率要低于无铅钎料。并且本实施例中的导电银浆的工艺温度略低于无铅钎料250℃的加工温度，由于烧结形成的焊点不含玻璃相与树脂基体，烧结后的含银量在98％以上，故其再次熔化的温度可接近960℃，即其使用温度理论上可达到960℃，这比无铅钎料最高使用温度220℃高出700℃。高的使用温度可以满足高功率半导体对高温下使用的要求，而低的同系温度(最高使用温度/工艺温度≈0.4)对于复杂微系统的集成具有突出的优势，特别是在多级组装时，将不会产生因温度梯度过小而产生的对产品性能的恶劣影响。

本实施例制备的混合银浆与现有高功率芯片封装技术中的微米银浆(如Alpha公司的ARGOMAX 2030)相比，本实施例的烧结温度200℃要低于ARGOMAX 2030的烧结温度300‐500℃，烧结压力1.25MPa要远低于ARGOMAX 2030的烧结压力5‐10MPa。纳米银粒子超高的表面能与分散剂柠檬酸钠较低的分解温度，使得烧结温度与烧结压力均有所降低，更低的烧结温度与烧结压力使得半导体器件在加热过程中产生的内应力更小，减小了器件的损伤从而提高了焊点的热循环稳定性与可靠性。本实施例制备的混合银浆与现有高功率芯片封装技术中的纳米银浆相比，微米银与亚微米银粒子的骨架支撑作用与纳米银粒子用量的减少，在获得较为致密的烧结结构的同时，减小了因纳米银烧结过程中的剧烈的收缩而带来的内应力过大。

对比例1

对比例1为未采用亚微米银粉，采用3μm的片状微米银粉与30nm的球形纳米银粉混合，纳米银粉其表面的分散剂是空间位阻型的分散剂棕榈酸，其分解温度在275℃，故制备的混合型导电银浆的最低烧结温度只能在300℃。当微米银粉与纳米银粉比例为3：1混合时，在300℃，2.5MPa下烧结，得到的平均剪切强度是6.7Mpa。烧结后形成的烧结银焊点的致密度经烧结焊点的SEM图通过Image Pro Plus软件分析为82.3％，孔隙率为17.7％。

本对比例与实施例1相比，由于分散剂是空间位阻型的分散剂棕榈酸，所以烧结温度300℃要高于实施例1中采用离子型分散剂柠檬酸钠的混合型导电银浆的烧结温度200℃。因而为降低烧结温度，在混合型导电银浆体系中采用离子型分散剂柠檬酸钠的纳米银粒子是有效的途径，制备出可以使柠檬酸钠有效电解，从而使纳米粒子在混合银浆体系中充分分散，又可以溶解粘结剂及其它有机添加剂的有机载体体系，对烧结温度的降低是十分必要的，也是本专利的技术关键所在。

本对比例与实施例1相比，在烧结温度300℃与烧结压力2.5MPa均高于实施例1中的烧结温度200℃与烧结压力1.25MPa的前提下，平均剪切强度6.7Mpa远低于实施例1的平均剪切强度15.03MPa，对比例的致密度82.3％也低于实施例1的致密度97.8％。这是因为亚微米银粒子的加入使其有效的填充了微米银粒子的空隙使致密度提高，微米银粒子、亚微米银粒子与纳米银粒子满足最优密堆理论的配比也使得致密度有所提高，最后纳米银粒子表面的分散剂柠檬酸钠与有机载体的相容性与充分电解的程度，使纳米粒子在混合银浆体系中充分分散，解决了水基离子型分散剂难以在有机溶剂中电解而引起的聚集沉降、分散性差、与微米银粒与亚微米银混合不均匀的现象，可以使纳米银粒子有良好的流动性，更易于填充微米银粉的空隙形成更加致密结构，同样使得致密度有所提高。致密度的提高使制备的混合型导电银浆具有更优异的力学及电学性能。

实施例2

实施例2采用粒径为6μm片厚为250nm的片状微米银粉、粒径为500nm的球形亚微米银粉与合成制备的10nm的球形纳米银粉进行混合，混合比例为2:1:2。纳米银的合成方法为将440g/L柠檬酸钠溶液与280g/L硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入84g/L的硝酸银溶液中，室温下反应30min，柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比为7:5:5，反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次，即合成出以柠檬酸钠为分散剂的纳米银粒子。

片状微米银粉与球形亚微米银粉表面改性的方法为配置40g/L的柠檬酸的乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，使用超声波清洗器以350W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次再使用丙酮清洗1次。

将去离子水，丙三醇，二乙二醇乙醚以3:5:5的质量比进行混合，制备得到有机载体的溶剂体系，并向溶剂中加入10wt％的粘结剂聚乙二醇、5wt％的活性剂柠檬酸与15wt％的成膜剂KE‐604，在磁力加热搅拌器上加热至60℃并保温5min后冷却至室温，制备得到混合银浆的有机载体。

将导电银粉(片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉)与有机载体按4:1的比例添加，采用行星式重力脱泡机均匀混合，转速为1000r/min，时间为2min。混合均匀后制备得到混合型导电银浆。

将导电银浆印刷在镀银铜板上，尺寸为2mm×2mm，厚度为150μm，并在其上放置一个2mm×2mm大小的镀银铜片作为伪芯片在200℃的温度下，1.25MPa的压力下进行烧结。并对烧结银焊点的剪切强度，使用万能力学试验机进行测试。对于导电银浆的电阻率，将所述的导电银浆印刷在玻璃板上，尺寸为1cm×1.5cm，厚度为60μm，在200℃的温度下，无压的条件下进行烧结。并对烧结后形成的导电银浆薄膜的电阻率，使用四探针电阻率测试仪进行测试。烧结焊点的平均剪切强度为14.54MPa，平均电阻率为0.024mΩ·cm。

实施例3

实施例3采用粒径为6μm片厚为250nm的片状微米银粉、粒径为500nm的球形亚微米银粉与合成制备的10nm的球形纳米银粉进行混合，混合比例为2:1:2。纳米银的合成方法为将440g/L柠檬酸钠溶液与280g/L硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入84g/L的硝酸银溶液中，室温下反应30min，柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比为7:5:5，反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次，即合成出以柠檬酸钠为分散剂的纳米银粒子。

片状微米银粉与球形亚微米银粉表面改性的方法为配置40g/L的柠檬酸的乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，使用超声波清洗器以350W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次再使用丙酮清洗1次。

将去离子水，丙三醇，二乙二醇丁醚以3:5:5的质量比进行混合制备得到有机载体的溶剂体系，并向溶剂中加入10wt％的粘结剂聚乙二醇、5wt％的活性剂柠檬酸、15wt％的成膜剂KE‐604、2wt％的乳化剂司盘60与2wt％丙烯酸流平剂，在磁力加热搅拌器上加热至60℃并保温5min后冷却至室温，制备得到混合银浆的有机载体。

将导电银粉(片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉)与有机载体按4:1的比例添加，采用行星式重力脱泡机均匀混合，转速为1000r/min，时间为2min。混合均匀后制备得到混合型导电银浆。

将导电银浆印刷在镀银铜板上，尺寸为2mm×2mm，厚度为150μm，并在其上放置一个2mm×2mm大小的镀银铜片作为伪芯片在200℃的温度下，1.25MPa的压力下进行烧结。并对烧结银焊点的剪切强度，使用万能力学试验机进行测试。对于导电银浆的电阻率，将所述的导电银浆印刷在玻璃板上，尺寸为1cm×1.5cm，厚度为60μm，在200℃的温度下，无压的条件下进行烧结。并对烧结后形成的导电银浆薄膜的电阻率，使用四探针电阻率测试仪进行测试。烧结焊点的平均剪切强度为14.13MPa，平均电阻率为0.014mΩ·cm。

实施例4

实施例1采用粒径为6μm片厚为250nm的片状微米银粉、粒径为500nm的球形亚微米银粉与合成制备的10nm的球形纳米银粉进行混合，混合比例为2:1:2。纳米银的合成方法为将440g/L柠檬酸钠溶液与280g/L硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入84g/L的硝酸银溶液中，室温下反应30min，柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比为7:5:5，反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次，即合成出以柠檬酸钠为分散剂的纳米银粒子。

片状微米银粉与球形亚微米银粉表面改性的方法为配置40g/L的柠檬酸的乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，使用超声波清洗器以350W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次再使用丙酮清洗1次。

将去离子水，丙三醇，二乙二醇丁醚以3:5:5的质量比进行混合制备得到有机载体的溶剂体系，并向溶剂中加入10wt％的粘结剂聚乙二醇、5wt％的活性剂柠檬酸与15wt％的成膜剂KE‐604，在磁力加热搅拌器上加热至60℃并保温5min后冷却至室温，制备得到混合银浆的有机载体。

将导电银粉(片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉)与有机载体按4:1的比例添加，采用行星式重力脱泡机均匀混合，转速为1000r/min，时间为2min。混合均匀后制备得到混合型导电银浆。

将导电银浆印刷在镀银铜板上，尺寸为2mm×2mm，厚度为150μm，并在其上放置一个2mm×2mm大小的镀银铜片作为伪芯片在200℃的温度下，1.25MPa的压力下进行烧结。并对烧结银焊点的剪切强度，使用万能力学试验机进行测试。对于导电银浆的电阻率，将所述的导电银浆印刷在玻璃板上，尺寸为1cm×1.5cm，厚度为60μm，在200℃的温度下，无压的条件下进行烧结。并对烧结后形成的导电银浆薄膜的电阻率，使用四探针电阻率测试仪进行测试。烧结焊点的平均剪切强度为13.64MPa，平均电阻率为0.018mΩ·cm。

实施例5

实施例1采用粒径为2.5μm片厚为1μm的片状微米银粉、粒径为500nm的球形亚微米银粉与合成制备的10nm的球形纳米银粉进行混合，混合比例为2:1:2。纳米银的合成方法为将440g/L柠檬酸钠溶液与280g/L硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入84g/L的硝酸银溶液中，室温下反应30min，柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比为7:5:5，反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次，即合成出以柠檬酸钠为分散剂的纳米银粒子。

片状微米银粉与球形亚微米银粉表面改性的方法为配置40g/L的柠檬酸的乙醇溶液，将所述的微米级片状银粉、亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中，使用超声波清洗器以350W的功率清洗30min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下，然后将洗好的微米银粉使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗至少3次再使用丙酮清洗1次。

将去离子水，丙三醇，二乙二醇乙醚以3:5:5的质量比进行混合制备得到有机载体的溶剂体系，并向溶剂中加入10wt％的粘结剂聚乙二醇、5wt％的活性剂柠檬酸、15wt％的成膜剂KE‐604、2wt％的乳化剂司盘60与2wt％丙烯酸流平剂，在磁力加热搅拌器上加热至60℃并保温5min后冷却至室温，制备得到混合银浆的有机载体。

将导电银粉(片状微米银粉、球形亚微米银粉与球形纳米银粉)与有机载体按4:1的比例添加，采用行星式重力脱泡机均匀混合，转速为1000r/min，时间为2min。混合均匀后制备得到混合型导电银浆。

将导电银浆印刷在镀银铜板上，尺寸为2mm×2mm，厚度为150μm，并在其上放置一个2mm×2mm大小的镀银铜片作为伪芯片在200℃的温度下，1.25MPa的压力下进行烧结。并对烧结银焊点的剪切强度，使用万能力学试验机进行测试。对于导电银浆的电阻率，将所述的导电银浆印刷在玻璃板上，尺寸为1cm×1.5cm，厚度为60μm，在200℃的温度下，无压的条件下进行烧结。并对烧结后形成的导电银浆薄膜的电阻率，使用四探针电阻率测试仪进行测试。烧结焊点的平均剪切强度为17.28MPa，平均电阻率为0.011mΩ·cm。

Claims (10)

1.一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，包括导电银粉和有机载体；所述的导电银粉占50‐95wt％，所述的有机载体占5‐50wt％；所述的导电银粉含有20‐60wt％微米级片状银粉、5‐40wt％亚微米级球形银粉和20‐60wt％纳米级球形银粉；所述的有机载体含有3‐30wt％的粘结剂、40‐97.9wt％的溶剂和0.01‐30wt％的其它添加剂；

所述的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉通过如下方式进行表面改性：配置多元有机酸乙醇溶液，所述多元有机酸的分解温度在200℃以下；将所述的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉置于所述多元有机酸乙醇溶液中；使用超声波清洗；将洗好的微米级片状银粉和亚微米级球形银粉使用离心机离心分离后，使用丙酮或去离子水反复清洗；

所述的有机载体是将粘结剂、溶剂与其他添加剂混合加热至50‐75℃保温后冷却至室温得到；所述的粘结剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚乙烯酸和聚丙烯酸中的一种或多种；所述的其它添加剂为润湿剂、活性剂、乳化剂、流平剂、成膜剂、触变剂、抗氧化剂和消泡剂中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述的纳米级球形银粉采用如下方法制备：将柠檬酸钠溶液与硫酸亚铁溶液的混合液逐滴滴加入的硝酸银溶液中，室温下反应，控制柠檬酸钠溶液、硫酸亚铁溶液与硝酸银溶液的体积比范围为1:1:1‐8:5:5；反应结束后使用离心机离心分离后，使用去离子水反复清洗。

3.根据权利要求2所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述柠檬酸钠溶液的浓度为400‐450g/L；所述硫酸亚铁溶液的浓度为250‐300g/L；所述硝酸银溶液的浓度为70‐90g/L，所述室温下反应的时间为30‐40min；所述使用去离子水反复清洗的次数至少3次。

4.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述微米级片状银粉的粒径为1‐20μm，厚度为0.1‐2μm；所述亚微米级球形银粉的粒径为100‐800nm；所述纳米级球形银粉的粒径为5‐80nm。

5.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述多元有机酸为草酸、丙二酸或柠檬酸中的一种或多种；所述多元有机酸乙醇溶液的浓度为10‐50g/L。

6.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述超声波清洗是使用超声波清洗器以40‐350W的功率清洗30‐60min，用循环冷却水与加热温控装置控制水温在30℃以下。

7.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二丙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇苯醚和丙二醇苯醚中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆，其特征在于，所述的润湿剂为丁基萘磺酸钠盐或烷基萘磺酸盐中的一种或多种；活性剂为柠檬酸或丁二酸中的一种或多种；乳化剂为司盘60或司盘80中的一种或多种；流平剂为改性丙烯酸类流平剂中的一种或多种；增稠剂为PEG 1000、PEG 4000或PVA中的一种或多种；成膜剂为KE604或AX‐E中的一种或多种；触变剂为6500或BYK‐405中的一种或多种；抗氧化剂为抗氧化剂1010或抗坏血酸棕榈酸酯中的一种或多种；消泡剂为聚醚类消泡剂或有机硅消泡剂中的一种或多种。

9.根据权利要求1‐8任一项所述芯片封装用低温烧结混合型导电银浆的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将粘结剂、溶剂与其他添加剂混合加热至50‐75℃保温5‐10min后冷却至室温制备得到有机载体；

(2)将纳米级球形银粉、微米级片状银粉和亚微米级球形银粉与所述有机载体混合搅拌均匀，制得混合型导电银浆；

(3)混合型导电银浆的采用漏印方式涂敷，烧结在温控压力烧结装置上进行，以5‐20℃/min的加热速率从室温加热到烧结温度150‐350℃后，向焊点施加向下0‐5MPa的烧结压力并保温。

10.根据权利要求9所述芯片封装用低温烧结混合型导电银浆的制备方法，其特征在于，所述保温时间为30‐60min。