CN110033877B - 一种银基导电浆料及其制备方法和在封装芯片互连中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银基导电浆料及其制备方法和在封装芯片互连中的应用,具体公开了一种银基导电浆料,其包含40‑80%的树枝状纳米金属颗粒,10~80wt%的溶剂、1~20wt%的分散剂、1~10wt%的增稠剂以及1~10wt%的粘度调节剂,且所述溶剂、分散剂、增稠剂、粘度调节剂及树枝状纳米金属颗粒的质量百分数之和为100wt%;所述的溶剂为乙醇胺。本发明制备的树枝状银能够在远低于块体溶点的温度下烧结成型。同时,本发明制备的树枝状银经烧结后又能在较高温度下长期稳定工作,很好地满足了“低温烧结,高温服役”的需求。此外,封装得到的芯片与基板间具有很高的剪切强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种树枝状银的制备方法及可应用于芯片互连的导电浆料的配 制,属于集成电路电子封装领域。
背景技术
第三代半导体材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电 子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功 率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),也称为高温 半导体材料。
随着电子信息技术的高速发展,集成电路的封装朝着轻薄短小的三维集成方 向发展,这其中倒装芯片互联技术因其具有较高的封装密度,良好的电和热性能, 稳定的可靠性和较低的成本,已经成为一种能够适应未来电子封装发展要求的技 术。倒装芯片封装技术即是首先在芯片焊盘上作凸点,然后将芯片倒扣于基板以 将凸点与基板间进行连接,以同时实现电气和机械连接。凸点连接比引线键合连 线短,传输速度高,其可靠性可以提高30-50倍。在倒装芯片封装过程中,凸 点的形成和键合是其工艺过程的关键。
而传统的互连材料是锡铅焊料,铅容易造成环境的污染;而锡的熔点在 231℃,在功率器件使用时也会高温熔化。所以急需寻找新的替代材料,可以实 现高温下的互连。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种银基导电浆料。
本发明的目的还在于提供上述银基导电浆料的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述银基导电浆料在芯片互连中的应用。
本发明的目的又在于提供一种应用上述银基导电浆料的芯片互连的方法。
本发明一个方面提供了一种银基导电浆料,其包含40-80%的树枝状纳米金 属颗粒,10~80wt%的溶剂、1~20wt%的分散剂、1~10wt%的增稠剂以及1~ 10wt%的粘度调节剂,且所述溶剂、分散剂、增稠剂、粘度调节剂及树枝状纳米 金属颗粒的质量百分数之和为100wt%;所述的溶剂为乙醇胺。
优选地,包含50-70%的树枝状纳米金属颗粒,10~30wt%的溶剂、5~15wt% 的分散剂、3~6wt%的增稠剂以及5~7wt%的粘度调节剂。
在本发明的技术方案中,所述的树枝状纳米金属颗粒为树枝状纳米银颗粒。
在本发明的技术方案中,所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、明胶、十六烷基 三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯醇、阿拉伯胶和十二烷基苯磺酸钠中的一种或 几种的组合物。
在本发明的技术方案中,所述增稠剂选自已基纤维素、乙基纤维素、丁基纤 维素、聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或几种组合物。
在本发明的技术方案中,所述粘结剂选自松油醇、聚乙酸乙烯脂,聚偏氯乙 烯中的一种或几种的组合。
在本发明的技术方案中,所述的树枝状纳米银颗粒通过以下方法获得:
将银前驱体、还原剂分散在溶液中,在反应制得树枝状纳米银颗粒溶液,将 其离心,洗涤,真空干燥,得到树枝状纳米银颗粒。优选地,所述树枝状纳米银 颗粒的制备过程不添加高分子化合物。所述的还原剂为金属薄片,优选为铜箔锡 箔、镍箔、铝箔、铁箔中的一种或几种的组合。
在本发明的技术方案中,所述的树枝状纳米银颗粒的制备方法中,所述银的 前驱体为硝酸银、硫酸银、氯化银、溴化银、碘化银、氧化银中的一种或者几种 的组合。
在本发明的技术方案中,所述的树枝状纳米银颗粒制备过程中,所述银的前 躯体:保护剂的质量比为=0.5:1~20:1;优选为=1:1~1:50。反应温度为室温~ 150℃,反应时间为1min-1h。
在本发明的技术方案中,所述的树枝状纳米银颗粒其尺寸范围在 1μm-50μm之间;优选为1μm-20μm。
本发明另一个方面提供了一种银基导电浆料的制备方法,将树枝状纳米金属 颗粒加入溶剂、分散剂、增稠剂、粘度调节剂混合溶剂中,在真空条件下混合即 得到银基导电浆料。
本发明再一个方面提供了一种芯片封装互连的方法,其包括以下步骤:采用 印刷技术,将所述银基导电浆料印刷在待封装芯片和基底上,再经低温键合工艺 进行三维芯片封装的键合。
在本发明的技术方案中,所述键合工艺为采用加热键合、加压键合中的一种 工艺或两种工艺的组合进行三维芯片封装键合。优选为加热键合、加压键合共同 键合。
优选地,所述加热键合的温度为室温~350℃;更优选为200-300℃。
优选地,所述加压键合的压力为0.1~25MPa;更优选为20-30MPa。
优选地,所述键合工艺的时间为1~60min;更优选为20-40min。
本发明再一个方面提供了本发明一种封装芯片,通过本发明所述的银基导电 浆料进行封装,优选地通过本发明所述的芯片封装互连的方法进行封装。
本发明再一个方面提供了本发明所述的银基导电浆料在芯片封装互连中的 用途。
本发明再一个方面提供了本发明所述的银基导电浆料在提高芯片封装互连 中芯片与基板之间的剪切强度的用途。
有益效果
由于纳米材料的尺寸效应,金属纳米颗粒(Ag)的溶点随着纳米颗粒尺寸的 减小而降低,本发明制备的树枝状银能够在远低于块体溶点的温度下烧结成型。 同时,本发明制备的树枝状银经烧结后又能在较高温度下长期稳定工作,很好地 满足了“低温烧结,高温服役”的需求。此外,封装得到的芯片与基板间具有很 高的剪切强度。
附图说明
图1为应用本发明所提供的银基导电浆料的电子封装中芯片互连工艺示意 图。
主要附图标号说明:1—芯片、2—银基导电浆料、3—基板、4—金属镀层。
图2为制备得到的树枝状银的形貌图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现结合以下 具体实施例及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为 对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入1g的硝酸银,然后在 磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得到 树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(50wt%)作为填料, 分散于由乙醇(30wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素(4wt%)、松油醇(6wt%) 构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min混料10min,即得到银基导 电浆料。制备所得浆料中树枝状银填料均匀分散于溶剂中,稳定放置数天不会发 生团聚、沉降或分离现象。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,其工艺流程如图1所示, 图1中,1为待封装的芯片、2为导电浆料、3为基板、4为金属镀层,镀层金属 分别为Cr、Pd、Au,将上述制得的银基导电浆料经过丝网印刷涂覆在待封装 的芯片1和基板3上,经过250℃、10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板 之间的剪切强度为10MPa左右。
实施例2
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入1g的硝酸银,然后在 磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得到 树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(50wt%)作为填料, 分散于由乙二醇(30wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素(4wt%)、松油醇 (6wt%)构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min混料10min,即得 到银基导电浆料。制备所得浆料中树枝状银填料均匀分散于溶剂中,稳定放置数 天不会发生团聚、沉降或分离现象。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,工艺流程与实施例1相同, 通过平板印刷技术,将银基导电浆料印刷在待封装的芯片和基板上,经过250℃、 10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板之间的剪切强度为15MPa左右。
实施例3
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入1g的硝酸银,然后在 磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得到 树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(50wt%)作为填料, 分散于由二乙二醇单乙醚醋酸酯(30wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素 (4wt%)、松油醇(6wt%)构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min 混料10min,即得到银基导电浆料。制备所得浆料中树枝状银填料均匀分散于溶 剂中,稳定放置数天不会发生团聚、沉降或分离现象。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,工艺流程与实施例1相同, 通过平板印刷技术,将银基导电浆料印刷在待封装的芯片和基板上,经过250℃、 10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板之间的剪切强度为20MPa左右。
实施例4
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入0.5g的硝酸银,然后 在磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得 到树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(50wt%)作为填料, 分散于由乙醇胺(30wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素(4wt%)、松油醇 (6wt%)构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min混料10min,即得 到银基导电浆料。制备所得浆料中树枝状银填料均匀分散于溶剂中,稳定放置数 天不会发生团聚、沉降或分离现象。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,工艺流程与实施例1相同, 通过平板印刷技术,将银基导电浆料印刷在待封装的芯片和基板上,经过250℃、 10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板之间的剪切强度为30MPa左右。
说明乙醇胺溶剂不仅仅是作为溶剂,会和树枝状银形成配体,更有利于低温 烧结,得到高的互连强度。
实施例5
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入0.5g的硝酸银,然后 在磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得 到树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(60wt%)作为填料, 分散于由乙醇胺(20wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素(4wt%)、松油醇 (6wt%)构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min混料10min,即得 到银基导电浆料。制备所得浆料中树枝状银填料均匀分散于溶剂中,稳定放置数 天不会发生团聚、沉降或分离现象。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,工艺流程与实施例1相同, 通过平板印刷技术,将银基导电浆料印刷在待封装的芯片和基板上,经过250℃、 10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板之间的剪切强度为35MPa左右。
实施例6
本实施例提供了一种芯片封装互连的方法,其中,该方法包括以下步骤:
1、树枝状银的制备:在100ml的蒸馏水溶液中,加入0.5g的硝酸银,然后 在磁力搅拌器下使其完全溶解,然后加入5x5cm2大小的铜箔,反应10min后得 到树枝状银,在乙醇溶液中洗涤三次,在真空度小于0.01MPa的条件下室温干燥 10h。
2、银基导电浆料的制备:采用还原法制备出树枝状银(70wt%)作为填料, 分散于由乙醇胺(10wt%)、聚乙二醇(10wt%)、已基纤维素(4wt%)、松油醇 (6wt%)构成的导电浆料溶液中。经过真空状态下2000r/min混料10min,即得 到银基导电浆料。
3、采用上述银基导电浆料的芯片封装互连方法,工艺流程与实施例1相同, 通过平板印刷技术,将银基导电浆料印刷在待封装的芯片和基板上,经过250℃、 10MPa、30min的热压键合后,芯片与基板之间的剪切强度为33MPa左右。
说明60%是最好的填充量,可以得到最高的剪切强度;填充量太低烧结后树 枝状银含量少,不利于烧结在一起;填充量太高;得到的导电浆料粘稠,不利于 填料的分散。
最后,申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构和工艺, 但本发明并不局限于上述详细结构和工艺,即不意味着本发明必须依赖上述详细 结构和工艺才能实施。所属技术领域的技术人员应该明白,对本发明的任何改进, 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在 本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (17)
1.一种银基导电浆料,其包含40-80%的树枝状纳米金属颗粒,10~80wt%的溶剂、1~20wt%的分散剂、1~10wt%的增稠剂以及1~10wt%的粘度调节剂,且所述溶剂、分散剂、增稠剂、粘度调节剂及树枝状纳米金属颗粒的质量百分数之和为100wt%;所述的溶剂为乙醇胺;
所述的树枝状纳米金属颗粒为树枝状纳米银颗粒;所述的树枝状纳米银颗粒通过以下方法获得:
将银前驱体、还原剂分散在溶液中,在反应制得树枝状纳米银颗粒溶液,将其离心,洗涤,真空干燥,得到树枝状纳米银颗粒;
所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、明胶、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯醇、阿拉伯胶和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的组合物;
所述增稠剂选自己基纤维素、乙基纤维素、丁基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或几种组合物;
所述粘度调节剂选自松油醇、聚乙酸乙烯脂,聚偏氯乙烯中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的银基导电浆料,所述树枝状纳米银颗粒的制备过程不添加高分子化合物。
3.根据权利要求1所述的银基导电浆料,所述的还原剂为金属薄片。
4.根据权利要求1所述的银基导电浆料,金属薄片为铜箔、锡箔、镍箔、铝箔、铁箔中的一种或几种的组合。
5.一种权利要求1-4任一项所述的银基导电浆料的制备方法,将树枝状纳米金属颗粒加入溶剂、分散剂、增稠剂、粘度调节剂混合溶剂中,在真空条件下混合即得到银基导电浆料。
6.一种芯片封装互连的方法,其包括以下步骤:采用印刷技术,将权利要求1-4任一项所述银基导电浆料印刷在待封装芯片和基底上,再经低温键合工艺进行三维芯片封装的键合;键合工艺为采用加热键合、加压键合中的一种工艺或两种工艺的组合进行三维芯片封装键合。
7.根据权利要求6所述的芯片封装互连的方法,所述加热键合的温度为室温~350℃。
8.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,所述加热键合的温度为室温200-300℃。
9.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,所述加压键合的压力为0.1~25MPa。
10.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,所述加压键合的压力为20-30MPa。
11.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,键合工艺的时间为1~60min。
12.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,键合工艺的时间为20-40min。
13.根据权利要求7所述的芯片封装互连的方法,键合工艺为加热键合、加压键合共同键合。
14.一种封装芯片,通过权利要求1-4任一项所述的银基导电浆料进行封装。
15.权利要求14所述的封装芯片,其通过权利要求6-13任一项所述的芯片封装互连的方法进行封装。
16.权利要求1-4任一项所述的银基导电浆料在提高芯片封装互连中芯片与基板之间的剪切强度的用途。
17.权利要求1-4任一项所述的银基导电浆料在芯片封装互连中的用途。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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