CN110814575A - 焊膏和焊膏的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊膏和焊膏的制备方法，焊膏的组分包括：金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂；其中，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒；金属纳米颗粒所占质量百分比的份数为75至85，氧化石墨烯所占质量百分比的份数为5至10，抗坏血酸所占质量百分比的份数为3至8，分散剂所占质量百分比的份数为2至8，增稠剂所占质量百分比的份数为2至8，触变剂所占质量百分比的份数为2至8。金属纳米颗粒具备了抗氧化性，可以有效地改善焊料层整体的导热、导电性能；少量其他纳米金属和还原氧化石墨烯对烧结后的焊料层缺陷能够进行有效的填充，减少焊料层整体的孔隙率，从而进一步提高焊料层整体的导电、散热和连接性能。

Description

焊膏和焊膏的制备方法

技术领域

本发明涉及器件焊接技术领域，具体而言，涉及一种焊膏和焊膏的制备方法。

背景技术

随着功率器件的功率密度不断提升，器件的热可靠性成了功率半导体领域一个亟待解决的难题。器件的封装主要包括电气互连和塑封成型两大部分，其中电气互连是直接影响芯片正常工作与否的关键所在。相较于芯片上表面的键合引线，芯片下表面与基板之间的焊料层与芯片的接触面积更大，该焊料层的导热性能直接影响芯片的性能和可靠性。因此，寻求一种既具备优良的导热特性、导电特性和机械特性且低熔点的焊接材料已成为封装技术领域的研究热点。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一个方面在于，提出一种焊膏。

本发明的第二方面在于，提出一种焊膏的制备方法。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种焊膏，焊膏的组分包括：金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂；其中，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒；金属纳米颗粒所占质量百分比的份数为75至85，氧化石墨烯所占质量百分比的份数为5至10，抗坏血酸所占质量百分比的份数为3至8，分散剂所占质量百分比的份数为2至8，增稠剂所占质量百分比的份数为2至8，触变剂所占质量百分比的份数为2至8。

在该技术方案中，限定了一种焊膏，并对该焊膏的成分做出了具体说明。焊膏中包括金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂。具体地，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒。通过添加氧化石墨烯和小粒径金属纳米颗粒，使氧化石墨烯可以对金属纳米颗粒进行包覆，使焊膏中的金属纳米颗粒具备了抗氧化性，并且在烧结过程中氢气、抗坏血酸会同时与氧化石墨烯发生反应，生成六边形状还原氧化石墨烯，可以有效地改善焊料层整体的导热、导电性能；同时，少量其他纳米金属和还原氧化石墨烯对纳米铜烧结后的焊料层缺陷能够进行有效的填充，减少焊料层整体的孔隙率，从而进一步提高焊料层整体的导电、散热和连接性能。此外，通过添加氧化石墨烯可以有效降低焊膏整体的热膨胀系数，使焊膏与芯片的热膨胀系数更加匹配，从而减小了芯片与焊料层的应力传递。

进一步地，对焊膏中的各成分的配比做出了具体限定。其中，金属纳米颗粒在焊膏中所占质量百分比的份数为75至85；氧化石墨烯在焊膏中所占质量百分比的份数为5至10；抗坏血酸在焊膏中所占质量百分比的份数为3至8；分散剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8；增稠剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8；触变剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8。通过限定各个组分的具体配比，以有效改善焊料层整体的导热、导电性能，减少焊料层整体的孔隙率，提高焊料层整体的散热性能和连接性能，减小了芯片与焊料层的应力传递。

另外，本发明提供的上述技术方案中的焊膏还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，根据权利要求1的焊膏，金属纳米颗粒还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。

在该技术方案中，对金属纳米颗粒做出了具体限定。金属纳米颗粒中，纳米铜颗粒为必备金属纳米颗粒，其余金属纳米颗粒可选为纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。金属纳米铜颗粒具备优良的导热性和导电性，且金属纳米铜颗粒的成本较低，选取金属纳米铜颗粒可以在保证焊膏性能的前提下削减焊膏成本。通过向焊膏中添加除纳米铜颗粒以外的纳米镍颗粒或纳米银颗粒，使纳米镍颗粒、纳米银颗粒和氧化石墨烯可以在烧结过程中借助氧化石墨烯烧结过程中还原成的还原氧化石墨烯对纳米铜层的缺陷进行有效填充，从而在微观上增加传输路径，在宏观上增强焊料层整体的导电性能、散热性能以及机械强度。

在上述任一技术方案中，优选地，纳米铜颗粒和纳米镍颗粒的质量比为7：1至7：16，纳米铜颗粒和纳米银颗粒的质量比为7：1。

在该技术方案中，承接上一技术方案，对金属纳米颗粒中的配比做出了具体限定。其中，当选取纳米镍颗粒时，纳米铜颗粒和纳米镍颗粒的质量比为7：1至7：16。当选取纳米银颗粒时，纳米铜颗粒和纳米银颗粒的质量比为7：1。通过限定不同种类的金属纳米颗粒之间的质量比，可以在保证焊膏的导热性、导电性和机械连接性稳定可靠，另外，还可以在保障性能的前提下缩减产品的生产成本，以提升焊膏的时长竞争力。

在上述任一技术方案中，优选地，纳米铜颗粒的直径大于等于30纳米，小于等于80纳米；纳米镍颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米；纳米银颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米。

在该技术方案中，对金属纳米颗粒中的粒径做出了具体限定。其中，纳米铜颗粒的直径大于等于30纳米，小于等于80纳米；纳米镍颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米；纳米银颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米。通过限定金属纳米颗粒的直径范围，可以优化焊膏中的颗粒结构，保证焊膏的性能稳定可靠。

在上述任一技术方案中，优选地，分散剂为硬脂酸或三乙基己基磷酸；和/或增稠剂为酚醛树脂；和/或触变剂为聚乙烯醇。

在该技术方案中，对所选取的分散剂、增稠剂和触变剂的种类做出了具体限定。其中，选取硬脂酸或三乙基己基磷酸作为分散剂，分散剂可以均一分散难溶于液体中的液体颗粒和固体颗粒，从而有效防止金属纳米颗粒出现沉降问题和凝聚问题，以形成稳定的悬浮液。选取酚醛树脂作为增稠剂，增稠剂可以增强焊膏的黏糊和稠度，使焊膏可以保持为均匀且稳定的悬浮状态。选取聚乙烯醇作为触变剂，可以提升焊膏的触变性，使焊膏在受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度增加，从而使焊膏可以更加适用于芯片与焊料层的连接，对焊料层的缺陷进行有效填充，进而提升焊膏的导热性能和导电性能。

在上述任一技术方案中，优选地，固体成分在焊膏中所占的质量百分比大于或等于80％。

在该技术方案中，对焊膏中的固液比例做出了具体限定，制备完成的焊膏中，所有固体成分在焊膏中所占的质量百分比大于或等于80％。通过限定焊膏中的固体成分和液体成分质量配比，保证了焊膏的稳定性和可靠性，避免出现因焊膏内部固液比例失衡所引起的焊膏失效或焊接效果受损的技术问题，进而实现提升产品稳定性和可靠性的技术效果。

本发明的第二方面提供了一种焊膏的制备方法，焊膏的制备方法包括：混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液；对第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液；对第二混合溶液进行干燥处理，得到焊膏；其中，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒，还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。

在该技术方案中，在焊膏制备过程中，先将抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒混合在一起，形成第一混合溶液，其后对第一混合溶液进行干燥处理，以去除第一混合溶液中的液体，得到混合粉末，随后将增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末混合在一起，形成第二混合溶液，最终对第二混合溶液进行干燥处理，以去除第二混合中多余的液体，从而得到本申请所限定的焊膏。具体地，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒，还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。通过在焊膏中混入氧化石墨烯，使氧化石墨烯可以对金属纳米颗粒进行包覆，使焊膏中的金属纳米颗粒具备了抗氧化性，通过向焊膏中添加除纳米铜颗粒以外的纳米镍颗粒或纳米银颗粒，使纳米镍颗粒、纳米银颗粒和氧化石墨烯可以在烧结过程中借助氧化石墨烯烧结过程中还原成的还原氧化石墨烯对纳米铜层的缺陷进行有效填充，从而在微观上增加传输路径，在宏观上增强焊料层整体的导电性能、散热性能以及机械强度。

在上述任一技术方案中，优选地，混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液的步骤，具体包括：将抗坏血酸溶入纯水中，并添加冰乙酸，得到第三混合溶液；磁力搅拌第三混合溶液15至20分钟；超声分散第三混合溶液1至5分钟，得到还原性抗坏血酸水溶液；混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第四混合溶液；磁力搅拌第四混合溶液15至30分钟；超声分散第四混合溶液20至60分钟，得到第一混合溶液。

在该技术方案中，对混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液这一步骤做出了具体限定。该步骤中：首先，先将抗坏血酸溶于去离子的纯水中，后加入适量的冰乙酸以调整溶液整体pH值，以得到第三混合溶液；其次，先磁力搅拌第三混合溶液15至20分钟，后超声分散第三混合溶液1至5分钟，以得到均匀分散的还原性抗坏血酸水溶液；最终，先将还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒混合在一起，得到第四混合溶液，后对第四混合溶液进行磁力搅拌15至30分钟，超声分散第四混合溶液20至60分钟，以得到第一混合溶液。

在上述任一技术方案中，优选地，在混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第四混合溶液的步骤前的步骤前，制备方法还包括：将纳米铜颗粒浸泡在酸性溶液中；浸泡时间达到预设时间后离心分离出纳米铜颗粒；用纯水清洗纳米铜颗粒3次至5次；用乙醇超声清洗纳米铜颗粒1次至2次；真空干燥纳米铜颗粒。

在该技术方案中，在混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒的步骤前，对纳米铜颗粒执行去氧化处理。该步骤中：首先，将纳米铜颗粒的粉末倒入酸性溶液中，以通过酸性溶液溶解掉纳米铜颗粒上的氧化物和杂质，在纳米铜颗粒浸泡时间达到预设时间后通过离心分离机离心分离出纳米铜颗粒；其后，先用去离子的纯水清洗纳米铜颗粒3次至5次，再用无水乙醇超声清洗纳米铜颗粒1次至2次，最后真空干燥纳米铜颗粒，以得到纯净且无杂质的纳米铜颗粒粉末。

在上述任一技术方案中，优选地，混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液的步骤，具体包括：混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末；将混合后的增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末添入至乙醇中；超声分散并机械搅拌混合增稠剂、触变剂、分散剂、混合粉末和乙醇，得到第二混合溶液。

在该技术方案中，对混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液的步骤，这一步骤做出了具体限定。该步骤中：首先，将增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末按比例混合在一起，再将完成混合的增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末添入至无水乙醇中；其后，对混合后的增稠剂、触变剂、分散剂、混合粉末和乙醇执行超声分散-机械搅拌-超声分散的步骤，以获得第二混合溶液。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的焊膏的制备方法的流程图；

图2示出了根据本发明的另一个实施例的焊膏的制备方法的流程图；

图3示出了根据本发明的再一个实施例的焊膏的制备方法的流程图；

图4示出了根据本发明的再一个实施例的焊膏的制备方法的流程图；

图5示出了根据本发明的再一个实施例的焊膏的制备方法的流程示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例提供的焊膏的封装结构示意图；

图7示出了根据本发明的一个实施例提供的焊膏的微观示意图；

图8示出了如图5所示的根据本发明的一个实施例提供的焊膏中的纳米铜颗粒的示意图；

图9示出了如图5所示的根据本发明的一个实施例提供的焊膏中的其他纳米金属颗粒的示意图；

图10示出了根据本发明的另一个实施例提供的焊膏的微观示意图。

其中，图6至图10中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1焊膏，10纳米铜颗粒，12其他金属纳米颗粒，14氧化石墨烯，16还原氧化石墨烯，3芯片，5铜基板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图10描述根据本发明一些实施例所述的焊膏和焊膏的制备方法。

在本发明第一方面的实施例中，提供了一种焊膏，焊膏的组分包括：金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂；其中，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒；金属纳米颗粒所占质量百分比的份数为75至85，氧化石墨烯所占质量百分比的份数为5至10，抗坏血酸所占质量百分比的份数为3至8，分散剂所占质量百分比的份数为2至8，增稠剂所占质量百分比的份数为2至8，触变剂所占质量百分比的份数为2至8。

在该实施例中，限定了一种焊膏，并对该焊膏的成分做出了具体说明。焊膏中包括金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂。具体地，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒。通过添加氧化石墨烯和小粒径金属纳米颗粒，使氧化石墨烯可以对金属纳米颗粒进行包覆，使焊膏中的金属纳米颗粒具备了抗氧化性，并且在烧结过程中氢气、抗坏血酸会同时与氧化石墨烯发生反应，生成六边形状还原氧化石墨烯，可以有效地改善焊料层整体的导热、导电性能；同时，少量其他纳米金属和还原氧化石墨烯对纳米铜烧结后的焊料层缺陷能够进行有效的填充，减少焊料层整体的孔隙率，从而进一步提高焊料层整体的导电、散热和连接性能。此外，通过添加氧化石墨烯可以有效降低焊膏整体的热膨胀系数，使焊膏与芯片的热膨胀系数更加匹配，从而减小了芯片与焊料层的应力传递。

进一步地，对焊膏中的各成分的配比做出了具体限定。其中，金属纳米颗粒在焊膏中所占质量百分比的份数为75至85；氧化石墨烯在焊膏中所占质量百分比的份数为5至10；抗坏血酸在焊膏中所占质量百分比的份数为3至8；分散剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8；增稠剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8；触变剂在焊膏中所占质量百分比的份数为2至8。通过限定各个组分的具体配比，以有效改善焊料层整体的导热、导电性能，减少焊料层整体的孔隙率，提高焊料层整体的散热性能和连接性能，减小了芯片与焊料层的应力传递。

在本发明的一个实施例中，进一步地，根据权利要求1的焊膏，金属纳米颗粒还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。

在该实施例中，对金属纳米颗粒做出了具体限定。金属纳米颗粒中，纳米铜颗粒为必备金属纳米颗粒，其余金属纳米颗粒可选为纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。金属纳米铜颗粒具备优良的导热性和导电性，且金属纳米铜颗粒的成本较低，选取金属纳米铜颗粒可以在保证焊膏性能的前提下削减焊膏成本。通过向焊膏中添加除纳米铜颗粒以外的纳米镍颗粒或纳米银颗粒，使纳米镍颗粒、纳米银颗粒和氧化石墨烯可以在烧结过程中借助氧化石墨烯烧结过程中还原成的还原氧化石墨烯对纳米铜层的缺陷进行有效填充，从而在微观上增加传输路径，在宏观上增强焊料层整体的导电性能、散热性能以及机械强度。

在本发明的一个实施例中，进一步地，纳米铜颗粒和纳米镍颗粒的质量比为7：1至7：16，纳米铜颗粒和纳米银颗粒的质量比为7：1。

在该实施例中，承接上一技术方案，对金属纳米颗粒中的配比做出了具体限定。其中，当选取纳米镍颗粒时，纳米铜颗粒和纳米镍颗粒的质量比为7：1至7：16。当选取纳米银颗粒时，纳米铜颗粒和纳米银颗粒的质量比为7：1。通过限定不同种类的金属纳米颗粒之间的质量比，可以在保证焊膏的导热性、导电性和机械连接性稳定可靠，另外，还可以在保障性能的前提下缩减产品的生产成本，以提升焊膏的时长竞争力。

在本发明的一个实施例中，进一步地，纳米铜颗粒的直径大于等于30纳米，小于等于80纳米；纳米镍颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米；纳米银颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米。

在该实施例中，对金属纳米颗粒中的粒径做出了具体限定。其中，纳米铜颗粒的直径大于等于30纳米，小于等于80纳米；纳米镍颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米；纳米银颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米。通过限定金属纳米颗粒的直径范围，可以优化焊膏中的颗粒结构，保证焊膏的性能稳定可靠。

在本发明的一个实施例中，进一步地，分散剂为硬脂酸或三乙基己基磷酸；和/或增稠剂为酚醛树脂；和/或触变剂为聚乙烯醇。

在该实施例中，对所选取的分散剂、增稠剂和触变剂的种类做出了具体限定。其中，选取硬脂酸或三乙基己基磷酸作为分散剂，分散剂可以均一分散难溶于液体中的液体颗粒和固体颗粒，从而有效防止金属纳米颗粒出现沉降问题和凝聚问题，以形成稳定的悬浮液。选取酚醛树脂作为增稠剂，增稠剂可以增强焊膏的黏糊和稠度，使焊膏可以保持为均匀且稳定的悬浮状态。选取聚乙烯醇作为触变剂，可以提升焊膏的触变性，使焊膏在受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度增加，从而使焊膏可以更加适用于芯片与焊料层的连接，对焊料层的缺陷进行有效填充，进而提升焊膏的导热性能和导电性能。

在本发明的一个实施例中，进一步地，固体成分在焊膏中所占的质量百分比大于或等于80％。

在该实施例中，对焊膏中的固液比例做出了具体限定，制备完成的焊膏中，所有固体成分在焊膏中所占的质量百分比大于或等于80％。通过限定焊膏中的固体成分和液体成分质量配比，保证了焊膏的稳定性和可靠性，避免出现因焊膏内部固液比例失衡所引起的焊膏失效或焊接效果受损的技术问题，进而实现提升产品稳定性和可靠性的技术效果。

如图1所示，在本发明的第二方面的实施例中，提供了一种焊膏的制备方法，焊膏的制备方法包括：

步骤S102，混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液；

步骤S104，对第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；

步骤S106，混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液；

步骤S108，对第二混合溶液进行干燥处理，得到焊膏。

其中，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒，还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。

在该实施例中，在焊膏制备过程中，先将抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒混合在一起，形成第一混合溶液，其后对第一混合溶液进行干燥处理，以去除第一混合溶液中的液体，得到混合粉末，随后将增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末混合在一起，形成第二混合溶液，最终对第二混合溶液进行干燥处理，以去除第二混合中多余的液体，从而得到本申请所限定的焊膏。具体地，金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒，还包括：纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。通过在焊膏中混入氧化石墨烯，使氧化石墨烯可以对金属纳米颗粒进行包覆，使焊膏中的金属纳米颗粒具备了抗氧化性，通过向焊膏中添加除纳米铜颗粒以外的纳米镍颗粒或纳米银颗粒，使纳米镍颗粒、纳米银颗粒和氧化石墨烯可以在烧结过程中借助氧化石墨烯烧结过程中还原成的还原氧化石墨烯对纳米铜层的缺陷进行有效填充，从而在微观上增加传输路径，在宏观上增强焊料层整体的导电性能、散热性能以及机械强度。

在本发明的一个实施例中，进一步地，如图2所示，焊膏的制备方法包括：

步骤S202，将抗坏血酸溶入纯水中，并添加冰乙酸，得到第三混合溶液；

步骤S204，磁力搅拌第三混合溶液15至20分钟；

步骤S206，超声分散第三混合溶液1至5分钟，得到还原性抗坏血酸水溶液；

步骤S208，混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第四混合溶液；

步骤S210，磁力搅拌第四混合溶液15至30分钟；

步骤S212，超声分散第四混合溶液20至60分钟，得到第一混合溶液；

步骤S214，对第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；

步骤S216，混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液；

步骤S218，对第二混合溶液进行干燥处理，得到焊膏。

在该实施例中，对混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液这一步骤做出了具体限定。该步骤中：首先，先将抗坏血酸溶于去离子的纯水中，后加入适量的冰乙酸以调整溶液整体PH值，以得到第三混合溶液；其次，先磁力搅拌第三混合溶液15至20分钟，后超声分散第三混合溶液1至5分钟，以得到均匀分散的还原性抗坏血酸水溶液；最终，先将还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒混合在一起，得到第四混合溶液，后对第四混合溶液进行磁力搅拌15至30分钟，超声分散第四混合溶液20至60分钟，以得到第一混合溶液。

在本发明的一个实施例中，进一步地，如图3所示，焊膏的制备方法包括：

步骤S302，将抗坏血酸溶入纯水中，并添加冰乙酸，得到第三混合溶液；

步骤S304，磁力搅拌第三混合溶液15至20分钟；

步骤S306，超声分散第三混合溶液1至5分钟，得到还原性抗坏血酸水溶液；

步骤S308，将纳米铜颗粒浸泡在酸性溶液中；

步骤S310，浸泡时间达到预设时间后离心分离出纳米铜颗粒；

步骤S312，用纯水清洗纳米铜颗粒3次至5次；

步骤S314，用乙醇超声清洗纳米铜颗粒1次至2次；

步骤S316，真空干燥纳米铜颗粒；

步骤S318，混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第四混合溶液；

步骤S320，磁力搅拌第四混合溶液15至30分钟；

步骤S322，超声分散第四混合溶液20至60分钟，得到第一混合溶液；

步骤S324，对第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；

步骤S326，混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液；

步骤S328，对第二混合溶液进行干燥处理，得到焊膏。

在该实施例中，在混合还原性抗坏血酸水溶液、氧化石墨烯和金属纳米颗粒的步骤前，对纳米铜颗粒执行去氧化处理。该步骤中：首先，将纳米铜颗粒的粉末倒入酸性溶液中，以通过酸性溶液溶解掉纳米铜颗粒上的氧化物和杂质，在纳米铜颗粒浸泡时间达到预设时间后通过离心分离机离心分离出纳米铜颗粒；其后，先用去离子的纯水清洗纳米铜颗粒3次至5次，再用无水乙醇超声清洗纳米铜颗粒1次至2次，最后真空干燥纳米铜颗粒，以得到纯净且无杂质的纳米铜颗粒粉末。

在本发明的一个实施例中，进一步地，如图4所示，焊膏的制备方法包括：

步骤S402，混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液；

步骤S404，对第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；

步骤S406，混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末；

步骤S408，将混合后的增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末添入至乙醇中；

步骤S410，超声分散并机械搅拌混合增稠剂、触变剂、分散剂、混合粉末和乙醇，得到第二混合溶液；

步骤S412，对第二混合溶液进行干燥处理，得到焊膏。

在该实施例中，对混合增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末，得到第二混合溶液的步骤，这一步骤做出了具体限定。该步骤中：首先，将增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末按比例混合在一起，再将完成混合的增稠剂、触变剂、分散剂和混合粉末添入至无水乙醇中；其后，对混合后的增稠剂、触变剂、分散剂、混合粉末和乙醇执行超声分散-机械搅拌-超声分散的步骤，以获得第二混合溶液。

在本发明的第一个具体实施例中，如图5和图6所示，结合在焊膏1中添加粒径为10-30nm的少量纳米银的具体方法对本发明进行详细描述：

步骤一：量取抗坏血酸溶液，将抗坏血酸和冰乙酸置于反应烧杯中，溶于去离子水中，磁力搅拌5min，超声分散10min，配置还原剂溶液。

步骤二：根据还原剂溶液与纳米铜的质量比5：1，称取纳米铜，溶于还原剂溶液中。

步骤三：根据纳米铜和氧化石墨烯的质量比10：1，称取氧化石墨烯，溶于还原剂溶液中。

步骤四：根据纳米铜与纳米银的质量比5：1，称取纳米银，溶于还原剂溶液中。

步骤五：对还原剂溶液进行磁力搅拌15min，超声10min，获得均匀分散的溶液。

步骤六：在室温下真空干燥2小时，获得有抗坏血酸、少量纳米银、氧化石墨烯包裹的纳米铜的混合粉末。

步骤七：将步骤六获得的混合粉末与硬脂酸、酚醛树脂及聚乙烯醇按照质量比16：2：2：1混合。

步骤八：在室温下真空干燥0.5小时，获得固体质量比80％以上的含氧化石墨烯的焊膏1。

步骤九：通过丝网印刷在铜基板5上刷出厚80微米，尺寸为13.5mm×13.5mm的方形焊膏1，将同等尺寸的芯片3精准放于焊料层上。

步骤十：将待烧结样件置于热压机中，垂直施加0.5MPa压强，通入气体流速为12ml/min的氢气和气体流速为88ml/min的氦气，先加热到140℃烧结20min，接着升温到280℃烧结30min，随后冷却得到烧结好的样件，焊料层的剪切强度大于8.5MPa，整体热阻小于0.2K/W。

在本发明的第二个具体实施例中，如图5和图6所示，本实施方式结合在焊膏1中添加粒径为10-30nm的少量纳米镍的具体方法对本发明进行详细描述：

步骤一：量取抗坏血酸溶液，将抗坏血酸和冰乙酸置于反应烧杯中，溶于去离子水中，磁力搅拌5min，超声分散10min，配置还原剂溶液。

步骤二：根据还原剂溶液与纳米铜的质量比5：1，称取纳米铜，溶于还原剂溶液中。

步骤三：根据纳米铜和氧化石墨烯的质量比10：1，称取氧化石墨烯，溶于还原剂溶液中。

步骤四：根据纳米铜与纳米镍的质量比5：1，称取纳米镍，溶于还原剂溶液中。

步骤五：对还原剂溶液进行磁力搅拌15min，超声10min，获得均匀分散的溶液。

步骤六：在室温下真空干燥2小时，获得有抗坏血酸、少量纳米镍、氧化石墨烯包裹的纳米铜的混合粉末。

步骤七：将步骤六获得的混合粉末与硬脂酸、酚醛树脂及聚乙烯醇按照质量比16：2：2：1混合。

步骤八：在室温下真空干燥0.5小时，获得固体质量比80％以上的含氧化石墨烯的焊膏1。

步骤九：通过丝网印刷在铜基板5上刷出厚80微米，尺寸为13.5mm×13.5mm的方形焊膏1，将同等尺寸的芯片3精准放于焊料层上，封装结构见图3。

步骤十：将待烧结样件置于热压机中，垂直施加0.5MPa压强，通入气体流速为15ml/min的氢气和气体流速为85ml/min的氦气，先加热到140℃烧结20min，接着升温到280℃烧结30min，随后冷却得到烧结好的样件，焊料层的剪切强度大于10MPa，整体热阻小于0.22K/W。

在本发明的第三个具体实施例中，如图5和图6所示，本实施方式结合在焊膏1中添加粒径为10-30nm的少量纳米银-纳米镍混合粉末(质量比1：1)的具体方法对本发明进行详细描述：

步骤一：量取抗坏血酸溶液，将抗坏血酸和冰乙酸置于反应烧杯中，溶于去离子水中，磁力搅拌5min，超声分散10min，配置还原剂溶液。

步骤二：根据还原剂溶液与纳米铜的质量比5：1，称取纳米铜，溶于还原剂溶液中。

步骤三：根据纳米铜和氧化石墨烯的质量比10：1，称取氧化石墨烯，溶于还原剂溶液中。

步骤四：根据纳米铜与纳米银-纳米镍混合物的质量比5：1，称取纳米银-纳米镍混合物，溶于还原剂溶液中。

步骤五：对还原剂溶液进行磁力搅拌15min，超声10min，获得均匀分散的溶液。

步骤六：在室温下真空干燥2小时，获得有抗坏血酸、少量纳米银-纳米镍混合物、氧化石墨烯包裹的纳米铜的混合粉末。

步骤七：将步骤六获得的混合粉末与硬脂酸、酚醛树脂及聚乙烯醇按照质量比16：2：2：1混合。

步骤八：在室温下真空干燥0.5小时，获得固体质量比80％以上的含氧化石墨烯的焊膏1。

步骤九：通过丝网印刷在铜基板5上刷出厚80微米，尺寸为13.5mm×13.5mm的方形焊膏1，将同等尺寸的芯片3精准放于焊料层上，封装结构见图3。

步骤十：将待焊样件置于热压机中，垂直施加5MPa压强，通入气体流速为25ml/min的氢气和气体流速为75ml/min的氦气，先加热到140℃烧结20min，接着升温到300℃烧结30min，随后冷却得到烧结好的样件，焊料层的剪切强度大于28MPa，整体热阻小于0.19K/W。

在本发明的第四个具体实施例中，如图7所示，焊膏1在未被使用(烧结)的状态下，纳米铜颗粒10均匀分散在焊膏1中，其他金属纳米颗粒12填充在纳米铜颗粒10之间的间隙中。

如图8所示，纳米铜颗粒10的外部包裹有氧化石墨烯14。

如图9所示，其他金属纳米颗粒12的外部包裹有氧化石墨烯14。

如图10所示，焊膏1在完成芯片的连接(烧结)后，纳米铜颗粒10和其他金属纳米颗粒12外的氧化石墨烯被烧结成颗粒状的还原氧化石墨烯16。

在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊膏，其特征在于，所述焊膏的组分包括：

金属纳米颗粒、氧化石墨烯、抗坏血酸、分散剂、增稠剂和触变剂；

其中，所述金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒；

所述金属纳米颗粒所占质量百分比的份数为75至85，所述氧化石墨烯所占质量百分比的份数为5至10，所述抗坏血酸所占质量百分比的份数为3至8，所述分散剂所占质量百分比的份数为2至8，所述增稠剂所占质量百分比的份数为2至8，所述触变剂所占质量百分比的份数为2至8。

2.根据权利要求1所述的焊膏，其特征在于，所述金属纳米颗粒还包括：

纳米镍颗粒和/或纳米银颗粒。

3.根据权利要求2所述的焊膏，其特征在于，所述纳米铜颗粒和所述纳米镍颗粒的质量比为7：1至7：16，所述纳米铜颗粒和所述纳米银颗粒的质量比为7：1。

4.根据权利要求2所述的焊膏，其特征在于，

所述纳米铜颗粒的直径大于等于30纳米，小于等于80纳米；

所述纳米镍颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米；

所述纳米银颗粒的直径大于等于10纳米，小于等于30纳米。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊膏，其特征在于，

所述分散剂为硬脂酸或三乙基己基磷酸；和/或

所述增稠剂为酚醛树脂；和/或

所述触变剂为聚乙烯醇。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的焊膏，其特征在于，固体成分在所述焊膏中所占的质量百分比大于或等于80％。

7.一种焊膏的制备方法，其特征在于，包括：

混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液；

对所述第一混合溶液进行干燥处理，得到混合粉末；

混合增稠剂、触变剂、分散剂和所述混合粉末，得到第二混合溶液；

对所述第二混合溶液进行干燥处理，得到所述焊膏；

其中，所述金属纳米颗粒包括纳米铜颗粒，还包括：纳米镍颗粒进和/或纳米银颗粒。

8.根据权利要求7所述的焊膏的制备方法，其特征在于，所述混合抗坏血酸、氧化石墨烯和金属纳米颗粒，得到第一混合溶液的步骤，具体包括：

将所述抗坏血酸溶入纯水中，并添加冰乙酸，得到第三混合溶液；

磁力搅拌所述第三混合溶液15至20分钟；

超声分散所述第三混合溶液1至5分钟，得到还原性抗坏血酸水溶液；

混合所述还原性抗坏血酸水溶液、所述氧化石墨烯和所述金属纳米颗粒，得到第四混合溶液；

磁力搅拌所述第四混合溶液15至30分钟；

超声分散所述第四混合溶液20至60分钟，得到所述第一混合溶液。

9.根据权利要求8所述的焊膏的制备方法，其特征在于，在所述混合所述还原性抗坏血酸水溶液、所述氧化石墨烯和所述金属纳米颗粒，得到第四混合溶液的步骤前，所述制备方法还包括：

将所述纳米铜颗粒浸泡在酸性溶液中；

浸泡时间达到预设时间后离心分离出所述纳米铜颗粒；

用纯水清洗所述纳米铜颗粒3次至5次；

用乙醇超声清洗所述纳米铜颗粒1次至2次；

真空干燥所述纳米铜颗粒。

10.根据权利要求7所述的焊膏的制备方法，其特征在于，所述混合增稠剂、触变剂、分散剂和所述混合粉末，得到第二混合溶液的步骤，具体包括：

混合增稠剂、触变剂、分散剂和所述混合粉末；

将混合后的所述增稠剂、所述触变剂、所述分散剂和所述混合粉末添入至乙醇中；

超声分散并机械搅拌所述混合增稠剂、所述触变剂、所述分散剂、所述混合粉末和所述乙醇，得到所述第二混合溶液。

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