CN112846570B - 纳米焊剂及其制备方法，器件及焊接方法 - Google Patents

纳米焊剂及其制备方法，器件及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米焊剂，包括：保护剂、纳米碳化钼、纳米铜粉和溶剂，所述保护剂包裹在所述纳米铜粉的表面形成保护剂层，所述纳米碳化钼镶嵌在所述纳米铜粉的保护剂层上，所述保护剂用于保护所述纳米铜粉不被氧化。本发明还公开了一种纳米焊剂的制备方法。本发明还公开了一种器件，包括基板、芯片，所述基板和芯片之间通过所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物进行焊接。本发明还公开了一种焊接方法，包括以下步骤：将所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物施加在基板与芯片之间，进行预烧结，预烧结温度65℃～180℃，预烧结时间5s～120s；预烧结结束之后立即升温至二次烧结温度进行二次烧结，所述二次烧结温度为250℃～320℃，二次烧结时间为5min～30min。

Description

纳米焊剂及其制备方法，器件及焊接方法
技术领域
本发明涉及电子封装互连纳米材料技术领域，特别是涉及纳米焊剂及其制备方法，器件及焊接方法。
背景技术
随着5G通信技术的商业突破，对电子器件的性能要求也不断提升，对器件功率以及稳定性提出了更高的要求。由于第三代半导体碳化硅，氮化镓具有击穿电场强度高、热稳定性好且载流子饱和漂移速度高等优点，在高功率器件中具备应用优势，其最高工作温度可达600℃，且高温环境下稳定性高。其工作温度对芯片互连材料及工艺发出了巨大的挑战，亟需开发出良好的互连材料体系，使其能够具备特殊的导热，导电性能以及高温度循环可靠性。
近年来，以金属纳米为基体的纳米纳米焊剂用于封装大功率芯片的方案成为研究热点，其具备低温低压烧结的特性，其中包括纳米铜，不仅具备良好的导电率和导热率而且成本低于纳米银更适合电子产业的商业应用，其问题在存在问题：(1)易于氧化。与大尺寸的铜相比，纳米铜更加活泼，更容易被氧化，在空气中与氧气接触易被氧化。在纳米铜烧结膏的制作、储存、烧结的过程中都需要对纳米铜做抗氧化处理。(2)颗粒容易团聚。由于大比表面积的原因，纳米颗粒的表面能较高，性质比较活泼，容易出现团聚等问题，团聚使得纳米铜的颗粒逐渐变大，减少了纳米铜烧结膏的烧结驱动力，提高了烧结所需温度。
烧结膏在制备与储存过程中一般采用三种技术提高纳米铜烧结膏的抗氧化性能：第一种是在纳米铜表面包覆具有一定抗氧化性与分散性的有机化合物。比如咪唑类化合物、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)等保护剂。这是最为常用的方法，成本较低，但是较低浓度的保护剂的抗氧化性能与分散性能并不理想。若提高保护剂的浓度或采用吸附性较好且稳定性高的保护剂，虽然提高纳米铜颗粒的稳定性以及抗氧化性，但是在烧结过程中会出现有机保护剂挥发不全并残留的问题，降低了烧结体的烧结效果与烧结质量。第二种是添加具有一定还原性的有机溶剂，如柠檬酸钠、抗坏血酸，该方法主要用于纳米铜的制备，不利于较长时间的保存。第三种在铜表面镀上一层抗氧化性较好的金属(比如金、银)，防止纳米铜颗粒的氧化。但是该技术存在很多问题，抗氧化效果不理想，壳结构的覆盖效果没有那么完美，且工艺复杂，成本较高，会降低铜的成本优势。
发明内容
基于此，有必要针对铜为基体的纳米焊剂容易氧化的问题，提供一种纳米焊剂及其制备方法，器件及焊接方法。
一种纳米焊剂，包括：保护剂、纳米碳化钼、纳米铜粉和溶剂，所述保护剂包裹在所述纳米铜粉的表面形成保护剂层，所述纳米碳化钼镶嵌在所述纳米铜粉的保护剂层上，所述保护剂用于保护所述纳米铜粉不被氧化。
在其中一些实施例中，所述碳化钼为β-碳化钼。
在其中一些实施例中，纳米铜粉的粒径为20nm～100nm。
在其中一些实施例中，所述碳化钼的粒径为2nm～40nm。
在其中一些实施例中，所述碳化钼与所述铜粉的质量比为1:(9～49)。
在其中一些实施例中，所述铜粉的表面不含有氧化物。
在其中一些实施例中，所述保护剂选自聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述溶剂选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、松油醇中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述保护剂与所述溶剂的质量比为1：(1～30)。
所述的纳米焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将所述保护剂、所述纳米碳化钼、所述溶剂混合得到抗氧化分散液；
将纳米铜粉与所述抗氧化分散液混合得到铜碳化钼混合物。
在其中一些实施例中，将铜粉与所述抗氧化分散液混合之前，包括将所述纳米铜粉表面的氧化物去除的步骤。
在其中一些实施例中，所述纳米铜粉与所述抗氧化分散液的混合方式为超声混合；所述超声混合之后对所述铜碳化钼混合物进行真空脱泡。
一种器件，包括基板、芯片，所述基板和芯片之间通过所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物进行焊接。
在其中一些实施例中，所述基板为镀银DCB基板。
一种焊接方法，包括以下步骤：
将所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物施加在基板与芯片之间，进行预烧结，预烧结温度65℃～180℃，预烧结时间5s～120s；
预烧结结束之后立即升温至二次烧结温度进行二次烧结，所述二次烧结温度为250℃～320℃，二次烧结时间为5min～30min。
在其中一些实施例中，所述预烧结在恒温下进行。
在其中一些实施例中，所述预烧结的辅助压力为2Mpa～5Mpa；所述二次烧结的辅助压力为5Mpa～15Mpa。
在其中一些实施例中，所述纳米焊剂和粘结剂的混合物的施加厚度为20um～40um。
碳化钼具有独特的表面性质其与活性金属之间存在非常强的相互作用，以及高硬度、高熔点、抗腐蚀、抗氧化性良好、热膨胀系数低，同时是具有负泊松比结构的二维材料，其生产成本低廉(相比于石墨烯，碳纳米管等)。本发明的焊剂中，保护剂会在纳米铜的表面形成包覆的保护剂层；而Mo2C与铜良好的吸附性能使得纳米Mo2C颗粒可以镶嵌于纳米铜表面，固定保护剂形成的包覆层，形成镶嵌式网格包覆层；该镶嵌式网格包覆层可以稳定的包覆在纳米铜表面，阻碍氧原子与铜颗粒的相互作用，提高纳米铜颗粒的抗氧化性能和分散性。Mo2C镶嵌于纳米铜表面可以固定以提高保护剂的包覆效果以及储存的稳定性，在不提高保护剂的浓度的情况下提高保护剂的保护效果，且吸附在纳米铜表面的同时也阻碍了氧原子与吸附面的相互作用，也起到一定的抗氧化效果。
附图说明
图1为本发明一实施例焊剂的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
β-Mo2C，为六方晶系结构，在一定方向上具有负的泊松比。在空气中的氧化温度约为450℃，氧化后形成氧化钼。相比于α-碳化钼，β-碳化钼具有独特的表面性质，其与活性金属铜之间存在更强的相互作用，能够更有效的分散和黏附金属铜，对金属铜的氧化有抑制作用，防止铜粒子之间的团聚影响烧结效果，提高界面润湿性和结合性，提高剪切强度。β-碳化钼本身具备的高硬度及负泊松比结构，可通过载荷转移机制使得其在烧结后具备更好的机械性能，其热膨胀系数低，可有效调控互连区域热膨胀系数比，降低热应力从而提升焊膏的热循环稳定性，延长器件寿命。
DCB基板：即陶瓷基覆铜板，DCB是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面(单面或双面)上的特殊工艺方法。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，DCB基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
界面润湿性：膏体或液体在固体表面铺开的能力即称为液体对固体的润湿性。
团聚：粒子间互相吸引形成更大粒子，团聚分为软团聚和硬团聚，软团聚为由范德华力等物理力引起的键合，硬团聚为由氢键等化学键形成的键合。软团聚可以采用机械打散，硬团聚难以(无法)机械打散。
本发明实施例提供一种纳米焊剂，包括：保护剂、纳米碳化钼、纳米铜粉和溶剂，所述保护剂包裹在所述纳米铜粉的表面形成保护剂层，所述纳米碳化钼镶嵌在所述纳米铜粉的保护剂层上，所述保护剂用于保护所述纳米铜粉不被氧化。
碳化钼具有独特的表面性质其与活性金属之间存在非常强的相互作用，以及高硬度、高熔点、抗腐蚀、抗氧化性良好、热膨胀系数低，同时是具有负泊松比结构的二维材料，其生产成本低廉(相比于石墨烯，碳纳米管等)。本发明的焊剂中，保护剂会在纳米铜的表面形成包覆的保护剂层；而Mo2C与铜良好的吸附性能使得纳米Mo2C颗粒可以镶嵌于纳米铜表面，固定保护剂形成的包覆层，形成镶嵌式网格包覆层；该镶嵌式网格包覆层可以稳定的包覆在纳米铜表面，阻碍氧原子与铜颗粒的相互作用，提高纳米铜颗粒的抗氧化性能和分散性。Mo2C镶嵌于纳米铜表面可以固定以提高保护剂的包覆效果以及储存的稳定性，在不提高保护剂的浓度的情况下提高保护剂的保护效果，且吸附在纳米铜表面的同时也阻碍了氧原子与吸附面的相互作用，也起到一定的抗氧化效果。
本发明的焊剂具有储存上的优势，可长期稳定储存，该焊剂可进一步与粘结剂混合得到焊膏，焊膏可用于电子器件的焊接。
在一些实施方式中，所述碳化钼为β-碳化钼。
在一些实施方式中，纳米铜粉的粒径为20nm～100nm。具体的，纳米铜粉的粒径可以为20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm等。
在一些实施方式中，所述碳化钼的粒径为2nm～40nm。具体的，碳化钼的粒径可以为2nm、5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm等。
本发明实施例的纳米铜粉可采用多元醇法、化学还原法、微乳液法、电化学法中的任一种方法制备得到。
多元醇法：多元醇表示具有多个羟基的醇，如乙二醇、丙三醇等，多元醇法是利用多元醇加热情况下具有的较弱的还原性将铜源中的铜离子(硝酸铜、硫酸铜)还原成零价纳米铜。
化学还原法：选择可溶性铜盐前驱体与适当还原剂(如水合肼、抗坏血酸)在液相中进行反应，还原纳米铜。
微乳液法：微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。其中微乳微粒(由(助)表面活性剂组成)为反应区域，大小为几纳米到几十纳米，可以有效控制纳米颗粒的尺寸和粒径。
电化学法：是指在外加电压下金属离子在阴极还原为原子进而成核生长而形成纳米结构的过程。
本发明实施例的纳米碳化钼可采用程序升温还原法或碳热法制备得到。
程序升温还原法：为制备Mo2C的常用方法，使用氧化钼(钼源)与烃(碳源)和氢气(还原性气体)的混合气体在400℃～1000℃范围内制备碳化钼。烃一般指甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)等。
碳热法：为制备碳化钼的一种方法，即将钼酸盐与石墨烯、碳纳米管、活性炭或者将有机物为前驱物，经混合后，在氮气、氩气、氦气等惰性气体或CH4、H2等还原气体中进行反应制备碳化钼。
在一些实施方式中，所述碳化钼与所述铜粉的质量比为1:(9～49)。具体的，碳化钼与铜粉的质量比可以为1:9、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45、1:49等。
在一些实施方式中，所述铜粉的表面不含有氧化物，从而提高焊膏的综合性能。铜粉表面可进行除氧化物表面处理得到不含氧化物的铜粉。
在一些实施方式中，所述保护剂可选自聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。这几种保护剂不仅具有保护铜粉避免氧化的作用，具有分散铜粉的作用，碳化钼与保护剂共同形成网格保护层，提高铜粉的抗氧化性能以及分散性能。
在一些实施方式中，所述溶剂可选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、松油醇中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述保护剂与所述溶剂的质量比为1：(1～30)。具体的，保护剂与溶剂的质量比可以为1:1、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30等。
本发明实施例还提供一种纳米焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将所述保护剂、所述纳米碳化钼、所述溶剂混合得到抗氧化分散液；
将纳米铜粉与所述抗氧化分散液混合得到铜碳化钼混合物。
在一些实施方式中，将铜粉与所述抗氧化分散液混合之前，包括将所述纳米铜粉表面的氧化物去除的步骤。可采用含有机酸的乙醇或无机酸对纳米铜粉进行表面处理，获得表面处理后的纳米铜粉。优选地，有机酸可选自乙酸、草酸、丙二酸、戊二酸、乳酸、柠檬酸中的一种或多种，所述无机酸为稀盐酸、稀硫酸及稀硝酸中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述纳米铜粉与所述抗氧化分散液的混合方式为超声混合；所述超声混合之后对所述铜碳化钼混合物进行真空脱泡。优选地，真空脱泡处理的搅拌速度为1000～5000r/min，时间为1min～15min，真空度为-40KPa～-120KPa。
本发明实施例还提供一种器件，包括基板、芯片，所述基板和芯片之间通过所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物进行焊接。
在一些实施方式中，所述基板为镀银DCB基板。
本发明实施例还提供一种焊接方法，包括以下步骤：
将所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物施加在基板与芯片之间，进行预烧结，预烧结温度65℃～180℃，预烧结时间5s～120s；
预烧结结束之后立即升温至二次烧结温度进行二次烧结，所述二次烧结温度为250℃～320℃，二次烧结时间为5min～30min。
纳米焊剂和粘结剂混合得到焊膏。本实施例采用先预烧结再进行二次烧结的方法进行焊接，预烧结在较低温度下进行使得基板、芯片和焊膏结合为一体，然后升温至致密烧结温度进行二次烧结去除有机溶剂等。本发明预烧结之后应立即进行二次烧结，发明人研究发现，先进行预烧结然后立即进行二次烧结能够明显提高烧结的效果，提高烧结体的剪切强度。
预烧结结束之后立即进行升温至二次烧温度，指的是快速的温度转换，例如在10s～1min内升温至二次烧结温度。
预烧结时间与预烧结温度是相互匹配的，具体的，预烧结温度选择65℃～180℃的较低温度时，预烧结时间应选择5s～120s中的较长的时间，预烧结温度选择65℃～180℃的较高温度时，预烧结时间应选择5s～120s中的较短的时间。例如，预烧结温度选择65℃时，预烧结时间可选择120s。预烧结温度选择180℃时，预烧结时间可选择5s。
优选的，所述预烧结在恒温下进行，发明人研究发现，相较于持续的升温或者温度梯度变化的烧结方式，恒温预烧结有利于得到更好的烧结效果，得到更高的剪切强度。
在一些实施方式中，所述预烧结和二次烧结在非氧化气氛下进行，优选，烧结气氛中含有甲酸气氛。加入甲酸更有利于将焊膏中的有机溶剂从烧结体中去除，从而提高烧结体的品质以及烧结体与焊接相(基板、芯片)的结合强度。
在一些实施方式中，所述预烧结的辅助压力为2Mpa～5Mpa。
在一些实施方式中，所述二次烧结的辅助压力为5Mpa～15Mpa。
在一些实施方式中，所述纳米焊剂和粘结剂的混合物的施加厚度为20um～40um。具体的，纳米焊剂和粘结剂的混合物的施加厚度可以为20um、25um、30um、35um、40um等。
以下为具体实施例。
实施例1
本实施例提供了一种可抗氧化存储的Mo2C-纳米铜焊剂的制备方法，包括以下步骤：
抗氧化分散液的制备：将聚乙烯吡咯烷酮(保护剂)和乙醇(溶剂)以质量比1:10与粒径为6nm的Mo2C粉进行超声混合20min，得到抗氧化分散液。其中，纳米Mo2C粉为采用升温还原法制备得到的Mo2C粉，占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的1％；聚乙烯吡咯烷酮和乙醇占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的19％。
纳米铜粉的表面处理：采用多元醇法制备粒径为40nm的纳米铜粉，配置30g/L的柠檬酸的乙醇溶液。
将所述纳米铜粉加入到配置的柠檬酸乙醇溶液中进行超声处理30min，得到表面处理后的纳米铜粉。
将表面处理后的纳米铜粉与抗氧化分散液进行超声混合30min，然后在-101KPa的真空度、3000r/min搅拌速度下进行真空脱泡5min，获得Mo2C-纳米铜焊剂。其中表面处理后的纳米铜粉占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的80％。焊剂中的Mo2C-纳米铜结构如图1所示，将所得Mo2C-纳米铜焊剂在25℃下保存60天，膏体仍然保持良好的分散性，并且膏体没有被氧化。
实施例2
本实施例提供了一种可抗氧化存储的Mo2C-纳米铜焊剂的制备方法，包括以下步骤：
抗氧化分散液的制备：将聚乙烯吡咯烷酮(保护剂)和乙醇(溶剂)以质量比1:10与粒径为6nm的Mo2C粉进行超声混合20min，得到抗氧化分散液。其中，纳米Mo2C粉为采用升温还原法制备得到的Mo2C粉，占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的3％；聚乙烯吡咯烷酮和乙醇占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的17％。
纳米铜粉的表面处理：采用多元醇法制备粒径为40nm的纳米铜粉，配置30g/L的柠檬酸的乙醇溶液。
将所述纳米铜粉加入到配置的柠檬酸乙醇溶液中进行超声处理30min，得到表面处理后的纳米铜粉。
将表面处理后的纳米铜粉与抗氧化分散液进行超声混合30min，然后在-101KPa的真空度、3000r/min搅拌速度下进行真空脱泡5min，获得Mo2C-纳米铜焊剂。其中表面处理后的纳米铜粉占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的80％。将所得Mo2C-纳米铜焊剂在25℃下保存80天，膏体仍然保持良好的分散性，并且膏体没有被氧化。
实施例3
本实施例提供了一种可抗氧化存储的Mo2C-纳米铜焊剂的制备方法，包括以下步骤：
抗氧化分散液的制备：将聚乙烯吡咯烷酮(保护剂)和乙醇(溶剂)以质量比1:10与粒径为6nm的Mo2C粉进行超声混合20min，得到抗氧化分散液。其中，纳米Mo2C粉为采用升温还原法制备得到的Mo2C粉，占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的8％；抗氧化分散液占整体Mo2C纳米铜焊剂质量的12％。
纳米铜粉的表面处理：采用多元醇法制备粒径为40nm的纳米铜粉，配置30g/L的柠檬酸的乙醇溶液。
将所述纳米铜粉加入到配置的柠檬酸乙醇溶液中进行超声处理30min，得到表面处理后的纳米铜粉。
将表面处理后的纳米铜粉与抗氧化分散液进行超声混合30min，然后在-101KPa的真空度、3000r/min搅拌速度下进行真空脱泡5min，获得Mo2C-纳米铜焊剂。其中表面处理后的纳米铜粉占整体Mo2C-纳米铜焊剂质量的80％。将所得Mo2C-纳米铜焊剂在25℃下保存100天，膏体仍然保持良好的分散性，并且膏体没有被氧化。
对比例1
本对比例提供了一种用于比较的纳米铜焊剂的制备方法，包括以下步骤：
抗氧化分散液的制备：将聚乙烯吡咯烷酮(保护剂)和乙醇(溶剂)以质量比1:10进行超声混合20min，得到分散液。分散液占整体纳米铜焊剂质量的17％。
纳米铜粉的表面处理：采用多元醇法制备粒径为40nm的纳米铜粉，配置30g/L的柠檬酸的乙醇溶液。
将所述纳米铜粉加入到配置的柠檬酸乙醇溶液中进行超声处理30min，得到表面处理后的纳米铜粉。
将表面处理后的纳米铜粉与分散液进行超声混合30min，然后在-101KPa的真空度、3000r/min搅拌速度下进行真空脱泡5min，获得纳米铜焊剂。其中表面处理后的纳米铜粉占整体纳米铜焊剂质量的83％。将所得纳米铜焊剂在25℃下保存60天，焊剂出现团聚，并且有明显的氧化现象。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种纳米焊剂，其特征在于，包括：保护剂、纳米碳化钼、纳米铜粉和溶剂，所述保护剂包裹在所述纳米铜粉的表面形成保护剂层，所述纳米碳化钼镶嵌在所述纳米铜粉的保护剂层上，所述保护剂用于保护所述纳米铜粉不被氧化。
2.根据权利要求1所述的纳米焊剂，其特征在于，所述碳化钼为β-碳化钼。
3.根据权利要求1所述的纳米焊剂，其特征在于，纳米铜粉的粒径为20nm~100nm；和/或，所述碳化钼的粒径为2nm~40nm。
4.根据权利要求1所述的纳米焊剂，其特征在于，所述碳化钼与所述铜粉的质量比为1:(9~49)。
5.根据权利要求1所述的纳米焊剂，其特征在于，所述铜粉的表面不含有氧化物。
6.根据权利要求1~5任一项所述的纳米焊剂，其特征在于，所述保护剂选自聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1~5任一项所述的纳米焊剂，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙三醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、松油醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1~5任一项所述的纳米焊剂，其特征在于，所述保护剂与所述溶剂的质量比为1：(1~30)。
9.如权利要求1~8任一项所述的纳米焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述保护剂、所述纳米碳化钼、所述溶剂混合得到抗氧化分散液；
将纳米铜粉与所述抗氧化分散液混合得到铜碳化钼混合物。
10.根据权利要求9所述的纳米焊剂的制备方法，其特征在于，将铜粉与所述抗氧化分散液混合之前，包括将所述纳米铜粉表面的氧化物去除的步骤。
11.根据权利要求9所述的纳米焊剂的制备方法，其特征在于，所述纳米铜粉与所述抗氧化分散液的混合方式为超声混合；所述超声混合之后对所述铜碳化钼混合物进行真空脱泡。
12.一种电子封装器件，其特征在于，包括基板、芯片，所述基板和芯片之间通过权利要求1~8任一项所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物进行焊接。
13.根据权利要求12所述的电子封装器件，其特征在于，所述基板为镀银DCB基板。
14.一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1~8任一项所述的纳米焊剂和粘结剂的混合物施加在基板与芯片之间，进行预烧结，预烧结温度65℃~180℃，预烧结时间5s~120s；
预烧结结束之后立即升温至二次烧结温度进行二次烧结，所述二次烧结温度为250℃~320℃，二次烧结时间为5min~30min。
15.根据权利要求14所述的焊接方法，其特征在于，所述预烧结的辅助压力为2 Mpa ~5Mpa；所述二次烧结的辅助压力为5 Mpa ~15Mpa。
16.根据权利要求14所述的焊接方法，其特征在于，所述纳米焊剂和粘结剂的混合物的施加厚度为20um~40um。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113880579A (zh) * 2021-11-03 2022-01-04 长沙百川超硬材料工具有限公司 钎焊混合料及由其制备金刚石钎焊串珠的方法
CN114210972B (zh) * 2021-11-03 2023-04-14 中科检测技术服务(重庆)有限公司 一种新型纳米铜焊接材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2441922A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Metal nanoparticle dispersion
CN103643075A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 浙江工业大学 纳米颗粒增强的铜基复合材料及其制备方法
CN107553007A (zh) * 2017-10-19 2018-01-09 广东工业大学 一种低温用纳米铜焊接材料的制备方法
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
CN111618475A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 重庆大学 焊膏材料、焊膏材料的制备方法和电子元件的封装方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2441922A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Metal nanoparticle dispersion
CN103643075A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 浙江工业大学 纳米颗粒增强的铜基复合材料及其制备方法
CN107553007A (zh) * 2017-10-19 2018-01-09 广东工业大学 一种低温用纳米铜焊接材料的制备方法
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
CN111618475A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 重庆大学 焊膏材料、焊膏材料的制备方法和电子元件的封装方法

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