CN112756841B - 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法 - Google Patents

一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112756841B
CN112756841B CN202011557714.4A CN202011557714A CN112756841B CN 112756841 B CN112756841 B CN 112756841B CN 202011557714 A CN202011557714 A CN 202011557714A CN 112756841 B CN112756841 B CN 112756841B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silver
copper alloy
micro
nano
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011557714.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112756841A (zh
Inventor
李明雨
杨婉春
郑威
祝温泊
王春青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority to CN202011557714.4A priority Critical patent/CN112756841B/zh
Publication of CN112756841A publication Critical patent/CN112756841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112756841B publication Critical patent/CN112756841B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025Pastes, creams, slurries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006Ag as the principal constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/302Cu as the principal constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/362Selection of compositions of fluxes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏及制备方法,制备方法包括:将一定配比的有机溶剂、增稠剂、分散剂、偶联剂和消泡剂混合均匀作为微纳米复合银铜合金焊膏的有机载体;然后将化学还原法制得的纳米银铜合金和微米银颗粒与一定量的有机载体混合均匀,即得。本发明采用固溶体合金的原理,将铜原子掺杂在银相中,获得具有单一相的银铜合金颗粒;解决了铜的氧化问题,同时铜原子的掺杂降低了原子的扩散速率,并解决了纯纳米焊膏在烧结过程中产生大量体积收缩的问题,同时有利于降低成本、提高产量,适用于大批量生产。此发明可代替传统Sn基钎料和纯纳米Ag膏用于第三代半导体的低温连接,且具有更高的可靠性。

Description

一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法
技术领域
本发明涉及器件的封装领域,更具体地,设计一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法。
背景技术
随着电子科学技术的迅速发展,电子元器件向高功率、小型化发展。尤其在封装领域,随着第三代半导体材料SiC和GaN等的出现,器件需在高温、大电流下服役,对芯片互连材料提出了更高的要求。因此,开发新的低温连接、高温服役的封装材料,对第三代半导体的发展及应用具有重大意义。
传统的Sn基钎料,因其可在较低温度下实现连接,被广泛应用。但是,其难以在高温下服役,因此难以满足第三代半导体器件对封接材料提出低温连接哈高温服役的要求。纳米材料因其尺寸效应,可在较低温度下进行烧结,并在高温下具有较高的可靠性,被寄予厚望。目前,纳米银膏是作为低温互连、高温服役热界面材料用于工业领域的较为成功的例子。但是,Ag在服役过程中容易发生电迁移和热迁移,不能满足第三代半导体对封接材料提出的高抗电迁移的要求。此时,具有可媲美银的高导电、高导热金属Cu被认为是可以代替Ag首选材料,Cu不仅成本低,且具有较高的抗迁移能力。但是,在保存和烧结过程中极易与空气中的氧气发生氧化反应,是Cu取代银的过程中的致命弱点。
例如,现有技术CN201811436196.3公开了一种具有烧结连接性能的纳米银铜合金固溶体焊膏及其制备方法,所述纳米银铜合金固溶体焊膏按质量百分比由单相纳米银铜合金颗粒80%~90%、分散剂2%~8%、修饰剂2%~8%、稀释剂2%~8%和助焊剂2%~8%制成。但是,该技术采用单一尺寸的纳米银铜合金固溶体,一方面纳米尺寸比表面积大,焊膏的固含量通常难以达到较高的水平,另一方面,单一纳米颗粒堆积时难以达到较高致密度,在烧结时,会发生剧烈的体积收缩进而导致裂纹等缺陷,使得焊点在应力的作用下极易发生断裂而失效。另外,焊膏中存在助焊剂时,容易在焊点中残留,进而影响焊点的导热、导电及机械性能。因此,通过微纳尺寸复合的方法,进一步提高焊膏的堆积密度。同时,在烧结过程中,大颗粒形成骨架结构,小颗粒填充间隙并提供较高的烧结驱动力,进而获得更致密、稳定的烧结组织。在制备焊膏时,采用可在较低温度下挥发、热解的有机物,进而保证焊点无多余有机物残留。
因此,发明一种低温连接、高温服役、高抗迁移、连接工艺简单且成本较低的新型互连材料具有非常重大的意义。
本发明采用固溶体合金的原理,将铜原子掺杂在银相中,获得具有单一相的银铜合金颗粒。此方法解决了铜的氧化问题,同时铜原子的掺杂使得银相具有较高的抗电迁移性。同时,采用微、纳米颗粒复合的方法,解决纯纳米焊膏在烧结过程中产生大量体积收缩的问题,且有利于提高产量,适用于大批量生产。此发明可代替传统Sn基钎料和纯纳米Ag膏用于第三代半导体的低温连接,且具有更高的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法,旨在代替传统Sn基钎料,并解决银的电迁移问题和铜的抗氧化问题,以及纯纳米焊膏在烧结过程中的裂纹问题。采用固溶体合金的原理,将铜原子掺杂在银相中,获得具有单一相的银铜合金颗粒。此方法解决了铜的氧化问题,同时铜原子的掺杂使得银相具有较高的抗电迁移性。同时,采用微、纳米颗粒复合的方法,解决纯纳米焊膏在烧结过程中产生大量体积收缩的问题,且有利于提高产量,适用于大批量生产。此发明可代替传统Sn基钎料和纯纳米Ag膏用于第三代半导体的低温连接,且具有更高的可靠性。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
本发明首先提供了一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,所述的微纳米复合银铜合金焊膏含有纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和一定量的有机载体;按照质量百分比计,所述的纳米银铜合金颗粒占50~70%,所述的纳米银铜合金颗粒中银铜摩尔比为3~15:1;微米银颗粒占0~30%,有机载体占10~35%,各组份质量比之和为100%。
作为本发明的一种优选技术方案,所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏及制备方法,其特征在于:所述的纳米银铜合金颗粒中银铜摩尔比优选3~8:1,确保形成的Ag-Cu固溶体具有相对稳定的相组成。由于所制备的纳米银铜合金颗粒属于超饱和固溶体,在烧结过程中,Cu原子容易析出发生相分离,极容易与空气中的氧气发生氧化反应进而影响焊点的烧结性。因此,在本发明优选的Cu含量范围下,在烧结过程中仅发生有限量的相分离,不会因为析出的Cu相发生氧化进而影响焊点在空气下的烧结,还可以有效的提高银的抗电迁移性。
作为本发明的一种优选技术方案,所述的纳米银铜合金颗粒粒径为5~50nm,优选粒径为10~20nm。
进一步的,所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏及制备方法,其特征在于:所述的微米银颗粒粒径为0.5~10μm,优选0.5~5μm,,微米银颗粒占比优选10~30%。此优选范围内的银颗粒粒径和比例既可以保证焊膏有足够的烧结驱动力,又可以提供较稳定的骨架结构,容易在较低温度下实现互连。
作为本发明的一种优选技术方案,有机载体由溶剂、增稠剂、分散剂、偶联剂和消泡剂组成,优选的,有机溶剂为α-松油醇或乙二醇中的中的至少一种,其含量为80~90wt.%,增稠剂为乙基纤维素或聚乙烯醇中的至少一种,其含量为3~8wt.%,分散剂为乙酸乙酯、鱼油或大豆卵磷脂中的至少一种,其含量为5~12wt.%,偶联剂为硅烷偶联剂和酞酸酯偶联剂中的至少一种,其含量为2~5wt.%,消泡剂为乳化硅油、聚二甲基硅氧烷中的至少一种,其含量为2~5wt.%,各组份在有机载体中的质量比之和为100%。
本发明进一步提供了一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1:将金属盐作为前驱体,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分散剂按照一定的比例分散于去离子水中,记为溶液B;
步骤S3:将还原剂溶于去离子水中,记作溶液C;
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,并伴随磁力搅拌,滴加完继续反应5~60min;
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗;
步骤S6:有机载体的制备,将有机溶剂、增稠剂、分散剂、偶联剂和消泡剂按照一定的比例进行混合;
步骤S7:将制得的纳米银铜合金颗粒和微米银颗粒按照一定的比例进行混合,并加入一定量的有机载体,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
进一步的,作为本发明的一种优选技术方案:步骤S1中,所述的金属盐,优选的,铜盐为CuCl2、Cu(NO3)2中的一种或两种,银盐为AgNO3
作为本发明的一种优选技术方案:步骤S2中分散剂为柠檬酸、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种,其中聚乙烯吡咯烷酮的分子量优选为10000~36000。
作为本发明的一种优选技术方案:步骤S3中还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、硫酸亚铁中的至少一种,还原剂的浓度优选为2~6mol/L。
作为本发明的一种优选技术方案:步骤S4中还原剂滴加速度为1~5mL/min,磁力搅拌速度为800~2500r/min,优选的,还原剂滴加速度为2~4mL/min,磁力搅拌速度为1500~2000r/min。
作为本发明的一种优选技术方案:步骤S5中用去离子水清洗1~3次,酒精清洗2~5次,离心转速3500~5000r/min,时间为3~15min。优选的,去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为3~15min。
该清洗方法可以确保将残留的反应物去除干净,最后四次清洗皆采用酒精,是确保酒精将颗粒表面的水全部置换,方便后续与不溶于水的有机溶剂混合以获得充分融合的焊膏。
本发明相对于现有技术的有益效果包括:
(1)本发明基于微纳米复合银铜合金的制备,焊接过程中为Ag,烧结不怕氧化,Cu自发析出,可以降低原子迁移速率,从而延缓电/热迁移,并可耐受盐雾、富S气氛,提高焊点在特殊环境下的服役性能和寿命,满足了第三代半导体对封接材料提出的低温连接、高温服役、高抗电迁移等要求。
(2)选择微纳米复合的方法,降低成本,改善印刷性能,既保证了焊膏具有良好的分散性和印刷性能,同时纳米尺寸效应保证焊膏可在较低温度下实现烧结。制备方法简单,可实现批量生产,满足第三代半导体的封接要求。
附图说明
图1为实施例1中获得的纳米银铜合金颗粒的XRD图谱。
图2为实例1中获得的纳米银铜合金颗粒不同温度热处理之后的XRD图谱。
图3为对比例1中单面烧结组织SEM图。
图4为对比例2中获得的纳米银铜合金颗粒热处理后的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,包括纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和有机载体。按照质量百分比计,纳米银铜合金颗粒占50%,微米银颗粒占20%,有机载体占30%。
步骤S1:将Cu(NO3)2和AgNO3作为前驱体,纳米银铜合金的制备中银铜摩尔比为4:1,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分子量为15000的聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中,其与前驱体的摩尔比为5:1,记为溶液B。
步骤S3:将硼氢化钠溶于去离子水中,浓度为3mol/L,记作溶液C。
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,滴加速度为2mL/min,磁力搅拌速度为2200r/min,纳米银铜合金的制备中,滴加完继续反应10min,而微米银颗粒滴加完继续反应30min。得到纳米银铜合金颗粒平均粒径为10nm,微米银颗粒的平均粒径为0.8μm。
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗,其中纳米银铜合金颗粒用去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为15min。微米银颗粒去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为5min。
步骤S6:有机载体的制备,将85wt.%乙二醇、6wt.%的乙基纤维素和5wt.%鱼油、2wt.%硅烷偶联剂和2wt.%聚二甲基硅氧烷混合均匀。
步骤S7:按照纳米银铜合金颗粒占50%,微米银颗粒占25%,有机载体占25%进行混合,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
图1为银铜摩尔比为4:1获得的纳米银铜合金颗粒的XRD图谱。图2为银铜摩尔比为4:1获得的纳米银铜合金颗粒不同温度热处理之后的XRD图谱。
对该方法所制备的微纳米复合银铜合金焊膏进行互连焊接测试,通过印刷、排胶、热压烧结获得互连接头,当烧结温度为300℃,保温时间为20min,辅助压力为20MPa时,获得互连接头的剪切强度达到70MPa以上,显著高于传统软钎焊互连接头的剪切强度。
实施例2
一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,包括纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和有机载体。按照质量百分比计,纳米银铜合金颗粒占65%,微米银颗粒占10%,有机载体占25%。
步骤S1:将Cu(NO3)2和AgNO3作为前驱体,纳米银铜合金的制备中银铜摩尔比为6:1,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分子量为150000的聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中,其与前驱体的摩尔比为5:1,记为溶液B。
步骤S3:将硼氢化钠溶于去离子水中,浓度为3mol/L,记作溶液C。
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,滴加速度为2mL/min,磁力搅拌速度为1500r/min,纳米银铜合金的制备中,滴加完继续反应10min,而微米银颗粒滴加完继续反应30min。得到纳米银铜合金颗粒平均粒径为20nm,微米银颗粒的平均粒径为2μm。
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗,其中纳米银铜合金颗粒用去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为15min。微米银颗粒去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为5min。
步骤S6:有机载体的制备,将85wt.%乙二醇、6wt.%的乙基纤维素和5wt.%鱼油、2wt.%硅烷偶联剂和2wt.%聚二甲基硅氧烷混合均匀。
步骤S7:按照纳米银铜合金颗粒占65%,微米银颗粒占10%,有机载体占30%进行混合,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
对该方法所制备的微纳米复合银铜合金焊膏进行互连焊接测试,通过印刷、排胶、热压烧结获得互连接头,当烧结温度为250℃,保温时间为20min,辅助压力为10MPa时,获得互连接头的剪切强度达到75MPa以上,由于该方法制备的纳米银铜固溶体颗粒中银含量更高,更容易在较低温度、较短保温时间和较低压力下获得高剪切强度的焊点。
实施例3
一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,包括纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和有机载体。按照质量百分比计,纳米银铜合金颗粒占70%,微米银颗粒占18%,有机载体占32%。
步骤S1:将Cu(NO3)2和AgNO3作为前驱体,纳米银铜合金的制备中银铜摩尔比为6:1,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将柠檬酸钠溶于去离子水中,其与前驱体的摩尔比为10:1,记为溶液B。
步骤S3:将硼氢化钠溶于去离子水中,浓度为3mol/L,记作溶液C。
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,滴加速度为2mL/min,磁力搅拌速度为1500r/min,纳米银铜合金的制备中,滴加完继续反应10min,而微米银颗粒滴加完继续反应30min。得到纳米银铜合金颗粒平均粒径为10nm,微米银颗粒的平均粒径为1.5μm。
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗,其中纳米银铜合金颗粒用去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为15min。微米银颗粒去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为5min。
步骤S6:有机载体的制备,将82wt.%乙二醇、6wt.%的乙基纤维素和8wt.%鱼油、2wt.%硅烷偶联剂和2wt.%乳化硅油混合均匀。
步骤S7:按照纳米银铜合金颗粒占70%,微米银颗粒占18%,有机载体占32%进行混合,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
对该方法所制备的微纳米复合银铜合金焊膏进行互连焊接测试,通过印刷、排胶、热压烧结获得互连接头,当烧结温度为250℃,保温时间为10min,辅助压力为10MPa时,获得互连接头的剪切强度达到85MPa以上。说明纳米银铜固溶体含量的提高赋予焊膏更大的烧结驱动力,进而可以在较短时间内实现高强度互连。
对比例1
一种用于低温烧结互连的纳米银铜合金焊膏,包括纳米银铜合金颗粒、机载体。按照质量百分比计,纳米银铜合金颗粒占68%,有机载体占32%。
步骤S1:将Cu(NO3)2和AgNO3作为前驱体,纳米银铜合金的制备中银铜摩尔比为4:1,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分子量为15000的聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中,其与前驱体的摩尔比为5:1,记为溶液B。
步骤S3:将硼氢化钠溶于去离子水中,浓度为3mol/L,记作溶液C。
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,滴加速度为2mL/min,磁力搅拌速度为2200r/min,纳米银铜合金的制备中,滴加完继续反应10min,得到纳米银铜合金颗粒平均粒径为10nm。
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的纳米银铜合颗粒进行离心、清洗,用去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为15min。
步骤S6:有机载体的制备,将85wt.%乙二醇、6wt.%的乙基纤维素和5wt.%鱼油、2wt.%硅烷偶联剂和2wt.%聚二甲基硅氧烷混合均匀。
步骤S7:按照纳米银铜合金颗粒占68%,有机载体占32%进行混合,通过机械搅拌混合均匀,即获得纳米银铜合金焊膏。
对该方法所制备的纳米银铜合金焊膏进行烧结测试,通过印刷、排胶、单面热压烧结获得烧结组织,当烧结温度为300℃,保温时间为30min,辅助压力为20MPa时。如图3所示,为烧结组织的SEM图,可以发现其烧结组织存在明显的裂纹,会影响焊点的机械性能,尤其是小尺寸焊点。
对比例2
一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,包括纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和有机载体。按照质量百分比计,纳米银铜合金颗粒占50%,微米银颗粒占20%,有机载体占30%。
步骤S1:将Cu(NO3)2和AgNO3作为前驱体,纳米银铜合金的制备中银铜摩尔比为3:2,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分子量为15000的聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中,其与前驱体的摩尔比为5:1,记为溶液B。
步骤S3:将硼氢化钠溶于去离子水中,浓度为3mol/L,记作溶液C。
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,滴加速度为2mL/min,磁力搅拌速度为2200r/min,纳米银铜合金的制备中,滴加完继续反应10min,而微米银颗粒滴加完继续反应30min。得到纳米银铜合金颗粒平均粒径为10nm,微米银颗粒的平均粒径为0.8μm。
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗,其中纳米银铜合金颗粒用去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为15min。微米银颗粒去离子水清洗2次,酒精清洗4次,离心转速4500r/min,时间为5min。
步骤S6:有机载体的制备,将85wt.%乙二醇、6wt.%的乙基纤维素和5wt.%鱼油、2wt.%硅烷偶联剂和2wt.%聚二甲基硅氧烷混合均匀。
步骤S7:按照纳米银铜合金颗粒占50%,微米银颗粒占25%,有机载体占25%进行混合,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
对该方法所制备的纳米银铜合金颗粒在210℃下保温30min,并对其进行XRD测试,如图4所示。结果表明,该温度下发生相分离,析出的Cu在空气中被氧化为Cu2O。对该方法所制备的微纳米复合银铜合金焊膏进行互连测试,通过印刷、排胶、热压烧结获得互连接头,当烧结温度为300℃,保温时间为30min,辅助压力为20MPa时,获得互连接头的剪切强度分布在10~60MPa范围内,焊点质量不稳定。这是因为发生相分离后,不可控的氧化程度导致焊点质量离散性极大,难以实现实际应用。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,其特征在于:所述的微纳米复合银铜合金焊膏含有纳米银铜合金颗粒、微米银颗粒和一定量的有机载体;按照质量百分比计,所述的纳米银铜合金颗粒占50~70%,所述的纳米银铜合金颗粒中银铜摩尔比为3~8:1;微米银颗粒占10~30%,有机载体占10~35%,各组份质量比之和为100%;
所述的纳米银铜合金颗粒粒径为5~50nm;
所述的微米银颗粒粒径为0.5~10μm。
2.根据权利要求1所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏,其特征在于:有机载体由溶剂、增稠剂、分散剂、偶联剂和消泡剂组成;其中有机溶剂为α-松油醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇400、丁基卡比醇、甲苯、二甲苯、苯酚或者乙酸戊酯中的至少一种,其含量为70~95wt.%,增稠剂为乙基纤维素或聚乙烯醇中的至少一种,其含量为1~15wt.%,分散剂为乙酸乙酯、鱼油或大豆卵磷脂中的至少一种,其含量为5~15wt.%;偶联剂为硅烷偶联剂和酞酸酯偶联剂中的至少一种,其含量为0~5wt.%;消泡剂为乳化硅油、聚二甲基硅氧烷中的至少一种,其含量为0~5wt.%,各组份在有机载体中的质量比之和为100%。
3.根据权利要求1~2任一权利要求所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:将金属盐作为前驱体,按照一定的比例溶于去离子水中,记作溶液A;
步骤S2:将分散剂按照一定的比例分散于去离子水中,记为溶液B;
步骤S3:将还原剂溶于去离子水中,记作溶液C;
步骤S4:将A溶液与B溶液倒入容器中混合均匀,然后滴加C溶液,并伴随磁力搅拌,滴加完继续反应5~30min;
步骤S5:待反应结束之后,将所制备的颗粒进行离心、清洗;
步骤S6:有机载体的制备,将有机溶剂、增稠剂、分散剂按照一定的比例进行混合;
步骤S7:将制得的纳米银铜合金颗粒和微米银颗粒按照一定的比例进行混合,并加入一定量的有机载体,通过机械搅拌混合均匀,即获得微纳米复合银铜合金焊膏。
4.根据权利要求3所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述的金属盐为包括铜的金属盐和银的金属盐,其中铜盐为CuCl2、Cu(NO3)2、CuSO4中的一种或几种,银盐为AgNO3、AgCl2中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于:步骤S2中分散剂为柠檬酸、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种,其中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10000~1300000。
6.根据权利要求3所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于:步骤S3中还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、次亚磷酸钠、硫酸亚铁中的至少一种;还原剂的浓度为1~10mol/L。
7.根据权利要求3所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于:步骤S4中还原剂滴加速度为1~3mL/min,磁力搅拌速度为800~2500r/min。
8.根据权利要求3所述的一种用于低温烧结互连的微纳米复合银铜合金焊膏的制备方法,其特征在于:步骤S5中用去离子水清洗1~3次,酒精清洗2~5次,离心转速3500~5000r/min,时间为3~15min。
CN202011557714.4A 2020-12-25 2020-12-25 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法 Active CN112756841B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011557714.4A CN112756841B (zh) 2020-12-25 2020-12-25 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011557714.4A CN112756841B (zh) 2020-12-25 2020-12-25 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112756841A CN112756841A (zh) 2021-05-07
CN112756841B true CN112756841B (zh) 2022-06-03

Family

ID=75694259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011557714.4A Active CN112756841B (zh) 2020-12-25 2020-12-25 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112756841B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113385857A (zh) * 2021-06-15 2021-09-14 广东工业大学 一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺及其产品
CN113593772B (zh) * 2021-07-27 2023-04-07 哈尔滨工业大学(深圳) 纳米银铜固溶体及其制备方法和应用
CN113828789B (zh) * 2021-08-05 2023-08-18 北京工业大学 一种银铜合金纳米流体的合成装置和方法
CN113798730A (zh) * 2021-09-30 2021-12-17 南京恒电先进微波技术研究院有限公司 一种微纳米银铜合金焊料及其制备方法
CN113977130B (zh) * 2021-11-24 2023-03-31 广东中实金属有限公司 可无压低温烧结的耐高温焊膏及其制备方法、使用方法
CN114429829B (zh) * 2021-12-06 2022-11-18 哈尔滨理工大学 一种功率器件封装用复合膏体及其制备方法
CN114989789B (zh) * 2022-03-09 2023-07-11 北京创新爱尚家科技股份有限公司 一种三维石墨烯基复合导热材料及其制备方法
CN114535863B (zh) * 2022-03-25 2024-01-16 重庆平创半导体研究院有限责任公司 一种自烧结的纳米铜焊膏、其制备方法及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108526751A (zh) * 2018-04-26 2018-09-14 深圳市先进连接科技有限公司 一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法
CN109332939A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 哈尔滨工业大学 一种单相纳米银铜合金固溶体焊膏及其制备方法
CN110238562A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 华中科技大学 一种微纳米复合金属焊膏制备方法、产品及应用
CN110289120A (zh) * 2019-05-09 2019-09-27 深圳市先进连接科技有限公司 一种复合烧结银预成型片的制备及封装方法
CN111408870A (zh) * 2020-04-01 2020-07-14 重庆群崴电子材料有限公司 纳米双金属超固溶结构焊膏及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9463532B2 (en) * 2014-03-20 2016-10-11 Sandia Corporation Low-temperature nanosolders

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108526751A (zh) * 2018-04-26 2018-09-14 深圳市先进连接科技有限公司 一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法
CN109332939A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 哈尔滨工业大学 一种单相纳米银铜合金固溶体焊膏及其制备方法
CN110289120A (zh) * 2019-05-09 2019-09-27 深圳市先进连接科技有限公司 一种复合烧结银预成型片的制备及封装方法
CN110238562A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 华中科技大学 一种微纳米复合金属焊膏制备方法、产品及应用
CN111408870A (zh) * 2020-04-01 2020-07-14 重庆群崴电子材料有限公司 纳米双金属超固溶结构焊膏及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112756841A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112756841B (zh) 一种用于低温烧结互连的微纳复合银铜合金焊膏及制备方法
CN101803016B (zh) 附着方法和使用该方法生产的器件
CN112157371B (zh) 一种亚微米Cu@Ag焊膏及其制备方法
CN108847395B (zh) 一种用于低温快速连接的预烧结纳米网络银膜制备及封装方法
CN107877030B (zh) 一种纳米锡铋复合焊膏及制备方法
CN109332939B (zh) 一种单相纳米银铜合金固溶体焊膏及其制备方法
CN108526751A (zh) 一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法
CN106825998B (zh) 一种用作大功率芯片封装的无氧化纳米铜焊膏及其制备方法
CN106457404B (zh) 用于制造金属粉末的方法
CN111408869B (zh) 用于低温键合的微纳米铜颗粒焊膏及其制备方法和应用
CN111554445B (zh) 一种表面金属化纳米碳材料复合纳米银膏及其制备方法
CN111906325A (zh) 一种原位纳米铜膏及其制备工艺和应用
CN110549039A (zh) 一种碳纳米管/纳米银焊膏导热材料及其制备方法
JP6617049B2 (ja) 導電性ペースト及び半導体装置
JP6032110B2 (ja) 金属ナノ粒子材料、それを含有する接合材料、およびそれを用いた半導体装置
CN114799613A (zh) 一种铜焊膏及其制备方法和应用
CN112475662A (zh) 纳米银焊膏及其制备方法和在芯片封装互连结构中的应用
CN113579563B (zh) 纳米立方银焊膏、互连结构及焊接方法
CN113798730A (zh) 一种微纳米银铜合金焊料及其制备方法
US20230230950A1 (en) Self-densifying nano-silver paste and a method of forming interconnect layer for high power electronics
CN113523649A (zh) 一种复合焊膏的制备方法
CN111408870A (zh) 纳米双金属超固溶结构焊膏及其制备方法
WO2022061834A1 (zh) 一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法
CN116275028A (zh) 用于低温连接、高温服役的碳纳米球@Ag核壳材料的制备方法与互连工艺
CN112103198B (zh) 一种快速制备低温连接高温服役接头的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant