CN115488545A - 一种表面改性银焊膏及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面改性银焊膏及其制备方法和应用，该表面改性银焊膏包括以下原料组分：表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体。其中，多元有机溶剂的存在使得焊膏中的溶剂有温度梯度的蒸发，使得原始纳米颗粒的烧结扩散更加充分，以实现更加紧密的互连结构。该制备方法通过使用有机胺试剂对纳米银粉体表面进行改性，来防止纳米银粉体在室温下自发团聚，并且提升无压烧结性能，以解决现有的纳米银粉体易团聚问题及其焊膏烧结形成连接层后剪切强度低的问题。有效降低了工艺复杂度与制造成本，能够很好地应用于无压低温焊接、高温服役的电子封装领域。该焊膏烧结形成的连接层的连接界面的结合度良好且均匀致密，其剪切强度最高能达到70MPa以上。

Description

一种表面改性银焊膏及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种表面改性银焊膏及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车、智能电网、无线通信等领域的快速发展，硅基半导体器件在其工作结温低于200℃和电压阻断能力方面已经无法满足高温、大功率等服务要求。由SiC、GaN为代表的宽带隙(WBG)半导体，具有高功率密度、高开关频率、高击穿场强、高热电导率、高温工作等优点，已成为新一代功率器件的发展方向。芯片封装互连技术是功率电子器件封装中的关键技术，它直接影响到器件的热性能、电气性能和可靠性。目前无铅焊料是电子器件中常见的互连材料，但是以这种材料作为互连层，往往会在超过250℃的高温环境下由于焊点融化而失效，这极大的降低了芯片服役的可靠性。因此，对于新的互连材料与技术的开发，成为目前宽带隙半导体封装应用领域一个亟待解决的问题。

目前，银烧结是一种很有前途的功率器件互连技术。银焊膏具有低温烧结能力，其烧结结构具有耐高温性以及优良的导电性、导热性和高可靠性，可以满足大功率、高结温芯片可靠的电气连接和散热的要求。不同的烧结温度、压力、加热时间以及银颗粒的大小和形状都会影响烧结性能。然而，基于微米级银焊膏的烧结通常需要施加较大的压力，这可能会增加芯片损坏的风险，并提高芯片制造的工艺难度。因此，无压烧结技术的需求已越来越迫切。根据尺寸效应，当银颗粒达到纳米级时，其表面能将急剧增加，其熔点和烧结温度将显著降低。这种小尺寸会拥有更大的比表面积，能够利用表面积缩小所带来的驱动力实现原子间的扩散，从而可以实现无压低温烧结互连的效果。

纳米银烧结完成后的熔点将会接近于块体银(961℃)，拥有优异的热导率、电导率以及高温稳定性。但是在纳米银应用到烧结焊膏的过程中会有大量仍需解决的问题。当银颗粒达到纳米尺寸后，其表面能将急剧增加，在烧结过程中，银原子的扩散性将明显增强。然而，较小的银纳米颗粒由于其表面能过于活跃，在室温下容易形成微米级的团聚体，在烧结过程中降低了银焊膏的烧结驱动力，导致烧结性能下降。如何避免银纳米粉体在室温下的自发团聚，也是将纳米银应用于烧结焊膏所必须要解决的问题。

因此，基于目前纳米银应用于烧结焊膏存在的问题，有必要对此进行改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种表面改性银焊膏及其制备方法和在芯片封装互连中的应用，以解决或部分解决现有技术中纳米银粉体容易团聚以及焊膏烧结形成连接层后剪切强度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种表面改性银焊膏，包括以下原料组分：表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体。

进一步地，所述表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体的质量比为(2～15)：1。

进一步地，所述表面改性银粉体包括表面改性球状银粉体和/或表面改性片状银粉体中的一种或多种。其中，优选地，所述表面改性球状银粉体的粒径为20nm～500nm；优选地，所述表面改性片状银粉体的粒径为50nm～800nm，厚度为10nm～100nm；优选地，当所述表面改性银粉体包括表面改性片状银粉体和表面改性球状银粉体的组合时，所述表面改性片状银粉体、表面改性球状银粉体的质量比为(5～20)：(5～1)。

进一步地，所述多元有机溶剂体系载体选自醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酸类溶剂中的两种或两种以上。其中，优选地，所述醇类溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂、酸类溶剂的质量比为(1～10)：(1～10)：(1～10)：(1～3)；优选地，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、丁二醇、叔丁醇、正戊醇、己醇、环己醇、正辛醇、正十二醇、二甘醇、松油醇、三甘醇、α-萜品醇、β-萜品醇、γ-萜品醇和δ-萜品醇、甘油中的一种或多种；优选地，所述醇醚类溶剂包括二乙二醇丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇一己醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、乙二醇二丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇叔丁醚、丙二醇苯醚、四乙二醇二甲醚中的一种或多种；优选地，所述酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸乙烯酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、碳酸二乙酯、乙酸异戊酯、乙酸乙烯酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、甲基丙烯酸甲酯、三油酸甘油酯、三乙酸甘油酯、甘油三丁酸酯中的一种或多种；优选地，所述酸类溶剂包括丁二酸、柠檬酸、正丁酸、正辛酸、正己酸、正癸酸、癸二酸、油酸、癸二酸、硬脂酸、丙烯酸、新癸酸、己二酸、戊二酸、十二烷酸、十二烷二酸、辛二酸、丁香酸、丙二酸中的一种或多种。

另一方面，本发明提供了如上述的表面改性银焊膏的制备方法，包括：将质量分数为65％～95％的表面改性银粉体和质量分数5％～35％的多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以500r/min～2000r/min搅拌1min～5min，再以1500r/min～3000r/min搅1min～5min充分混匀，获得所述表面改性银焊膏。

进一步地，所述制备方法还包括：采用包覆剂修饰于清洗后商业银粉体表面，获得所述表面改性银粉体。

进一步地，所述采用包覆剂修饰于清洗后商业银粉体表面，获得所述表面改性银粉体的步骤具体包括：将商业银粉体与清洗溶剂混合，在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后离心，固液分离后获得清洗后湿润银粉体，以上步骤进行1～5次；将包覆剂、清洗溶剂、所述清洗后湿润银粉体混合，在100r/min～1000r/min的转速下磁力搅拌5h～15h，然后在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；将所述表面改性湿润银粉体与冻干溶剂混合，在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后置于冰箱中冷冻3h～15h，获得冷冻表面改性银粉体；将所述冷冻表面改性银粉体置于立式冷冻干燥机中干燥5h～15h后，获得所述表面改性银粉体。

进一步地，所述包覆剂选自乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、仲丁胺、叔丁胺、正戊胺、1,3-二甲基丁胺、1,3-二甲基戊胺、正癸胺、正己胺、正辛胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、二甲胺、甲乙胺、二乙胺、甲丙胺、二丙胺、二异丙胺、二丁胺、三甲胺、N,N-二甲基乙胺、三乙胺、三异丙胺、三正丁胺、三正辛胺、乙二胺中的一种或多种；所述清洗溶剂选自乙醇、去离子水中的一种或两种；所述冻干溶剂包括乙醇与叔丁醇混合溶液、去离子水与叔丁醇混合溶液、乙醇与去离子水、叔丁醇的混合溶液中的一种或多种；其中，所述乙醇与叔丁醇的混合溶液中乙醇与叔丁醇的体积比为(0.02～0.4)：1，去离子水与叔丁醇混合溶液中去离子水和叔丁醇的体积比为(0.1～0.6):1，乙醇与去离子水、叔丁醇的混合溶液中乙醇与去离子水、叔丁醇的体积比为(0.02～0.4)：(0.1～0.6):1；所述清洗溶剂与商业银粉体的质量比为(5～40)：1；所述包覆剂、清洗溶剂、商业银粉体的质量比为(0.005～0.3)：(5～20)：1；所述冻干溶剂与商业银粉体的质量比为(1～10)：1；所述冰箱冷冻条件为-40℃～-10℃；所述真空冷冻干燥条件为：真空度2Pa～10Pa，温度为-70℃～-10℃。

再一方面，本发明提供如上述的表面改性银焊膏在芯片封装互连中的应用，所述芯片封装互连包括第一母片、第二母片以及用于连接所述第一母片和第二母片的连接层，所述连接层是以所述表面改性银焊膏通过在空气中无压烧结工艺烧结形成。其中，所述第一母片、第二母片均为表面镀镍-金或镀镍-银的氧化铝陶瓷DBC基板。

具体地，所述升温速率为1℃/min～25℃/min；所述预热温度为50℃～110℃，预热时间为0min～30min，所述加热峰值温度为150℃～300℃；所述保温时间为10min～120min。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

1.本发明的一种银粉表面改性方法，通过使用有机胺试剂对纳米银粉体表面进行改性，来防止纳米银粉体在室温下自发团聚，并且提升无压烧结性能，以解决现有的纳米银粉体易团聚问题及其焊膏烧结形成连接层后剪切强度低的问题。

2.本发明的银焊膏，包括改性银粉体和多元有机溶剂体系载体，多元有机溶剂的存在使得焊膏中的溶剂有温度梯度的蒸发，使得原始纳米颗粒的烧结扩散更加充分，以实现更加紧密的互连结构；

3.本发明所提供的这种表面改性银焊膏及烧结工艺，在150℃-300℃内实现无压烧结键合，有效降低了工艺复杂度与制造成本，能够很好地应用于无压低温焊接、高温服役的电子封装领域。该焊膏烧结形成的连接层的连接界面的结合度良好且均匀致密，其剪切强度最高能达到70MPa以上，能够满足电子器件封装互连的要求。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例中的镀镍-金氧化铝陶瓷DBC基板的结构示意图；

图2是本发明实施例中的封装互连结构的结构示意图；

图3是本发明实施例2和3中所采用的商业球状银粉体(粒径60nm)的SEM图；

图4是本发明实施例3中的连接层的剪切断裂面的SEM图；

其中，1-镀镍-金铜层，2-氧化铝陶瓷基底，3-第一母片，4-第二母片，5-连接层。

具体实施方式

根据目前的研究状况，防止纳米银团聚的主要方法是在用银前体合成银单质的过程中加入包覆剂。包覆剂的类型一般分为聚合物和小分子化合物。一般来说，带有羧酸盐、氨基或羟基官能团的聚合物，如聚丙烯酸(PAA)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，这类聚合物分解温度往往较高，烧结键合后会残留有机物，影响其烧结质量。具有长烷基链和极性头的小分子化合物，如烷硫醇，烷基胺和羧酸它们的分解温度相对较低。因此，选择具有合适分解温度的小分子复合包覆剂成为提高抗团聚和烧结性能的关键问题。并且，发明人发现，当使用市售的银纳米颗粒来制备银焊膏时，会面临银颗粒产品批次不稳定、表面包覆物未知、烧结性能差等问题。因此，我们可尝试研究银粉的表面处理工艺，以防止银纳米颗粒团聚，并提高其烧结性能。

为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种改性纳米银焊膏制备方法及在芯片封装互连中的应用。本发明应用于无压焊接的高温服役的电子器件封装领域，剪切强度能够到达10MPa～70MPa，满足电子器件的封装互连要求。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

S1、将10g商业银粉体(粒径为40nm的球状银粉体)置于120g的乙醇中，在超声波清洗机中振荡分散30min后离心，固液分离后获得湿润银粉体；重复上述步骤2次；

S2、将0.5g正辛胺、120g乙醇、步骤S1中湿润银粉体混合，在500r/min的转速下磁力搅拌5h，然后在超声波清洗机中振荡分散30min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；

S3、将步骤S2中表面改性湿润银粉体、6ml乙醇与30ml叔丁醇混合，在超声波清洗机中振荡分散40min后置于-30℃的冰箱中冷冻12h，获得冷冻表面包覆银粉体；将冷冻表面包覆银粉体置于冷冻干燥机中干燥10h，干燥条件中真空度为2Pa，温度为-60℃，获得表面改性银粉体。

本申请实施例还提供了一种银焊膏，包括实施例1中制备得到的表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以1500r/min搅拌2min，再以2000r/min搅拌4min充分混匀，制备获得所述表面改性银焊膏。其中，表面改性银粉体和多元有机溶剂的质量比为8.3:1.7，多元有机溶剂体系载体为质量比为3:3:1:1的乙二醇、三乙二醇二甲醚、乙二醇丁醚醋酸酯、油酸组成。

将实例1中制备得到的银焊膏应用于电子器件的封装互连结构中。需要说明的是，镀金DBC基板的结构示意图如图1所示，镀金DBC基板包括相连的镀镍-金铜层1和氧化铝陶瓷基底2。封装互连结构的结构示意图如图2所示，封装互连结构包括依次相连的第一母片3，连接层5和第二母片4；其中，封装互连结构中的第一母片3和第二母片4均选择为镀金DBC基板，即第一母片3和第二母片4均包括镀镍-金铜层1和氧化铝陶瓷基底2，只是第一母片3和第二母片4的尺寸不同。

首先，对母片进行处理：将镀镍-金DBC基板(第一母片3和第二母片4)在乙醇中超声清洗5min除去其表面的杂质并晾干。

接着，将本实施例制得的银焊膏均匀涂覆在镀金DBC基板的连接面上再相互堆叠，得到DBC基板/焊膏涂层/DBC基板的“三明治”堆叠结构模拟芯片互连结构。

然后，将以上镀金DBC基板/纳米银焊膏涂层/镀金DBC基板的堆叠结构放置于加热台上，升温速率为15℃/min，从室温升至50℃，预热5min，再以同样升温速率加热到250℃，保温时间为30min下进行低温烧结焊接，纳米银焊膏涂层被烧结形成连接层5。冷却后获得如图2所示的封装互连结构。

经过测试，本实施例的焊膏烧结形成的连接层冷却后测得剪切力为25.4MPa(其中，按照本实施例制备获得10个测试样品，测试数据取10个测试样品的平均值)。

需要说明的是，对连接层进行剪切断裂测试具体是：将样品固定于剪切力测试仪的固定夹具上，控制测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力。

实施例2

S1、将10g商业银粉体(粒径为60nm的球状银粉体)置于100g的乙醇中，在超声波清洗机中振荡分散20min后离心，固液分离后获得湿润银粉体；重复上述步骤3次；

S2、将0.4g正辛胺、100g乙醇、步骤S1中湿润银粉体混合，在600r/min的转速下磁力搅拌10h，然后在超声波清洗机中振荡分散40min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；

S3、将步骤S2中表面改性湿润银粉体、5ml乙醇、25ml去离子水与50ml叔丁醇混合，在超声波清洗机中振荡分散15min后置于-35℃的冰箱中冷冻10h，获得冷冻表面包覆银粉体；将冷冻表面包覆银粉体置于冷冻干燥机中干燥11h，干燥条件中真空度为3Pa，温度为-55℃，获得表面改性银粉体。

本申请实施例还提供了一种银焊膏，包括实施例2中制备得到的表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以1200r/min搅拌3min，再以1800r/min搅拌5min充分混匀，制备获得所述表面改性银焊膏。其中，表面改性银粉体和多元有机溶剂的质量比为8.5:1.5，多元有机溶剂体系载体为质量比为5:3:2:1的乙醇、三乙二醇单甲醚、二乙二醇丁醚、正辛酸组成。

将实例2中制备得到的银焊膏应用于电子器件的封装互连结构中。封装互连结构的结构示意图如图2所示，封装互连结构中的第一母片和第二母片均选择为镀金DBC基板，镀金DBC基板的结构示意图如图1所示。

首先，对母片进行处理：将镀镍-金DBC基板(第一母片和第二母片)在乙醇中超声清洗5min除去其表面的杂质并晾干。

接着，将本实施例制得的银焊膏均匀涂覆在镀金DBC基板的连接面上再相互堆叠，得到DBC基板/焊膏涂层/DBC基板的“三明治”堆叠结构模拟芯片互连结构。

然后，将以上镀金DBC基板/纳米银焊膏涂层/镀金DBC基板的堆叠结构放置于加热台上，升温速率为10℃/min，从室温升至70℃，预热10min，再以同样升温速率加热到250℃，保温时间为60min下进行低温烧结焊接，纳米银焊膏涂层被烧结形成连接层。冷却后获得如图2所示的封装互连结构。

经过测试，本实施例的焊膏烧结形成的连接层冷却后测得剪切力为40.5MPa(其中，按照本实施例制备获得10个测试样品，测试数据取10个测试样品的平均值)。

需要说明的是，对连接层进行剪切断裂测试具体是：将样品固定于剪切力测试仪的固定夹具上，控制测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力。

实施例3

S1、将2g商业银粉体(粒径为60nm的球状银粉体)置于30g的乙醇中，在超声波清洗机中振荡分散30min后离心，固液分离后获得湿润银粉体；重复上述步骤4次；

S2、将0.02g正辛胺、30g乙醇、步骤S1中湿润银粉体混合，在500r/min的转速下磁力搅拌15h，然后在超声波清洗机中振荡分散20min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；

S3、将步骤S2中表面改性湿润银粉体、2ml乙醇与10ml叔丁醇混合，在超声波清洗机中振荡分散25min后置于-30℃的冰箱中冷冻8h，获得冷冻表面包覆银粉体；将冷冻表面包覆银粉体置于冷冻干燥机中干燥8h，干燥条件中真空度为2Pa，温度为-65℃，获得表面改性银粉体。

本申请实施例还提供了一种银焊膏，包括实施例3中制备得到的表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以1500r/min搅拌4min，再以2500r/min搅拌3min充分混匀，制备获得所述表面改性银焊膏。其中，表面改性银粉体和多元有机溶剂的质量比为8.4:1.6，多元有机溶剂体系载体为质量比为2:3:2:1的乙二醇、三乙二醇单甲醚、二乙二醇丁醚、正癸酸组成。

将实例3中制备得到的银焊膏应用于电子器件的封装互连结构中。封装互连结构的结构示意图如图2所示，封装互连结构中的第一母片和第二母片均选择为镀金DBC基板，镀金DBC基板的结构示意图如图1所示。

首先，对母片进行处理：将镀镍-金DBC基板(第一母片和第二母片)在乙醇中超声清洗5min除去其表面的杂质并晾干。

接着，将本实施例制得的银焊膏均匀涂覆在镀金DBC基板的连接面上再相互堆叠，得到DBC基板/焊膏涂层/DBC基板的“三明治”堆叠结构模拟芯片互连结构。

然后，将以上镀金DBC基板/纳米银焊膏涂层/镀金DBC基板的堆叠结构放置于加热台上，升温速率为16℃/min，从室温升至90℃，预热10min，再以同样升温速率加热到250℃，保温时间为30min下进行低温烧结焊接，纳米银焊膏涂层被烧结形成连接层。冷却后获得如图2所示的封装互连结构。

经过测试，本实施例的焊膏烧结形成的连接层冷却后测得剪切力为68.4MPa(其中，按照本实施例制备获得10个测试样品，测试数据取10个测试样品的平均值)，连接层测试后剪切断裂面如图4所示，烧结银层的微观形貌呈现出明显的塑性变形结构，表明断裂发生在银层内部。

需要说明的是，对连接层进行剪切断裂测试具体是：将样品固定于剪切力测试仪的固定夹具上，控制测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力。

其中，本发明实施例2和3中所采用的商业球状银粉体(粒径60nm)的SEM图如图3所示，可以看出，其粒径分布主要集中在30nm～80nm，平均粒径为60nm的球形或准球形银纳米颗粒。

实施例4

S1、将4g商业银粉体(粒径为30nm的球状银粉体和粒径为150nm，厚度为30nm的片状银粉体，质量比为1:1)置于50g的乙醇中，在超声波清洗机中振荡分散10min后离心，固液分离后获得湿润银粉体；重复上述步骤3次；

S2、将0.08g十四胺、35g乙醇、步骤S1中湿润银粉体混合，在800r/min的转速下磁力搅拌12h，然后在超声波清洗机中振荡分散40min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；

S3、将步骤S2中表面改性湿润银粉体、5ml去离子水与30ml叔丁醇混合，在超声波清洗机中振荡分散30min后置于-40℃的冰箱中冷冻12h，获得冷冻表面包覆银粉体；将冷冻表面包覆银粉体置于冷冻干燥机中干燥15h，干燥条件中真空度为2Pa，温度为-70℃，获得表面改性银粉体。

本申请实施例还提供了一种银焊膏，包括实施例4中制备得到的表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以1800r/min搅拌3min，再以2500r/min搅拌3min充分混匀，制备获得所述表面改性银焊膏。其中，表面改性银粉体和多元有机溶剂的质量比为4:1，多元有机溶剂体系载体为质量比为5:4:4:2:1的异丙醇、松油醇、二乙二醇甲醚、乙酸乙酯、正癸酸组成。

将实例4中制备得到的银焊膏应用于电子器件的封装互连结构中。封装互连结构的结构示意图如图2所示，封装互连结构中的第一母片和第二母片均选择为镀金DBC基板，镀镍-金DBC基板的结构示意图如图1所示。

首先，对母片进行处理：将镀金DBC基板(第一母片和第二母片)在乙醇中超声清洗5min除去其表面的杂质并晾干。

接着，将本实施例制得的银焊膏均匀涂覆在镀金DBC基板的连接面上再相互堆叠，得到DBC基板/焊膏涂层/DBC基板的“三明治”堆叠结构模拟芯片互连结构。

然后，将以上镀金DBC基板/纳米银焊膏涂层/镀金DBC基板的堆叠结构放置于加热台上，升温速率为16℃/min，从室温升至70℃，预热2min，再以同样升温速率加热到250℃，保温时间为30min下进行低温烧结焊接，纳米银焊膏涂层被烧结形成连接层。冷却后获得如图2所示的封装互连结构。

经过测试，本实施例的焊膏烧结形成的连接层冷却后测得剪切力为31.2MPa(其中，按照本实施例制备获得10个测试样品，测试数据取10个测试样品的平均值)。

需要说明的是，对连接层进行剪切断裂测试具体是：将样品固定于剪切力测试仪的固定夹具上，控制测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力。

对比例1

本对比例提供了一种银焊膏，包括原始商业银粉体(与实施例3所用的商业银粉体相同，银粉体为粒径为60nm的球状银粉体)和多元有机溶剂。将商业银粉体和多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以1500r/min搅拌4min，再以2500r/min搅拌3min充分混匀，制备获得银焊膏。其中，商业银粉体和多元有机溶剂的质量比为8.4:1.6，多元有机溶剂由质量比为2:3:2:1的乙二醇、三乙二醇单甲醚、二乙二醇丁醚、正癸酸组成。

将对比例1中制备得到的银焊膏应用于电子器件的封装互连结构中。封装互连结构的结构示意图如图2所示，封装互连结构中的第一母片和第二母片均选择为镀金DBC基板，镀金DBC基板的结构示意图如图1所示。

首先，对母片进行处理：将镀金DBC基板(第一母片和第二母片)在乙醇中超声清洗5min除去其表面的杂质并晾干。

接着，将本实施例制得的银焊膏均匀涂覆在镀金DBC基板的连接面上再相互堆叠，得到DBC基板/焊膏涂层/DBC基板的“三明治”堆叠结构模拟芯片互连结构。

然后，将以上镀镍-金DBC基板/纳米银焊膏涂层/镀金DBC基板的堆叠结构放置于加热台上，升温速率为16℃/min，从室温升至90℃，预热10min，再以同样升温速率加热到250℃，保温时间为30min下进行低温烧结焊接，纳米银焊膏涂层被烧结形成连接层。冷却后获得如图2所示的封装互连结构。

经过测试，本实施例的焊膏烧结形成的连接层冷却后测得剪切力为35.6MPa(其中，按照本实施例制备获得10个测试样品，测试数据取10个测试样品的平均值)。

需要说明的是，对连接层进行剪切断裂测试具体是：将样品固定于剪切力测试仪的固定夹具上，控制测试仪以100μm/s的速度推动压缩所述样品进行剪切断裂测试，在样品断裂时从剪切力测试仪中读取获得对应的剪切力。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种表面改性银焊膏，其特征在于，包括以下原料组分：表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体。

2.根据权利要求1所述的表面改性银焊膏，其特征在于，所述表面改性银粉体和多元有机溶剂体系载体的质量比为(2～15)：1。

3.根据权利要求1所述的表面改性银焊膏，其特征在于，所述表面改性银粉体包括表面改性球状银粉体和/或表面改性片状银粉体。

4.根据权利要求1所述的表面改性银焊膏，其特征在于，所述多元有机溶剂体系载体选自醇类溶剂、醇醚类溶剂、酯类溶剂、酸类溶剂中的两种或两种以上。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的表面改性银焊膏的制备方法，其特征在于，包括：将质量分数为65％～95％的表面改性银粉体和质量分数5％～35％的多元有机溶剂体系载体混合，置于高速混料机中以500r/min～2000r/min搅拌1min～5min，再以1500r/min～3000r/min搅拌1min～5min充分混匀，获得所述表面改性银焊膏。

6.根据权利要求5所述的表面改性银焊膏的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：采用包覆剂修饰于清洗后商业银粉体表面，获得所述表面改性银粉体。

7.根据权利要求6所述的表面改性银焊膏的制备方法，其特征在于，所述采用包覆剂修饰于清洗后商业银粉体表面，获得所述表面改性银粉体的步骤具体包括：

将商业银粉体与清洗溶剂混合，在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后离心，固液分离后获得清洗后湿润银粉体，以上步骤进行1～5次；

将包覆剂、清洗溶剂、所述清洗后湿润银粉体混合，在100r/min～1000r/min的转速下磁力搅拌5h～15h，然后在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后离心，固液分离后获得表面改性湿润银粉体；

将所述表面改性湿润银粉体与冻干溶剂混合，在超声波清洗机中振荡分散5min～60min后置于冰箱中冷冻3h～15h，获得冷冻表面改性银粉体；

将所述冷冻表面改性银粉体置于立式冷冻干燥机中干燥5h～15h后，获得所述表面改性银粉体。

8.根据权利要求7所述的表面改性银焊膏的制备方法，其特征在于，所述包覆剂选自乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁胺、仲丁胺、叔丁胺、正戊胺、1,3-二甲基丁胺、1,3-二甲基戊胺、正癸胺、正己胺、正辛胺、十一胺、十二胺、十三胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、二甲胺、甲乙胺、二乙胺、甲丙胺、二丙胺、二异丙胺、二丁胺、三甲胺、N,N-二甲基乙胺、三乙胺、三异丙胺、三正丁胺、三正辛胺、乙二胺中的一种或多种；

所述清洗溶剂选自乙醇、去离子水中的一种或两种；

所述冻干溶剂包括乙醇与叔丁醇混合溶液、去离子水与叔丁醇混合溶液、乙醇与去离子水、叔丁醇的混合溶液中的一种或多种；其中，所述乙醇与叔丁醇的混合溶液中乙醇与叔丁醇的体积比为(0.02～0.4)：1，去离子水与叔丁醇混合溶液中去离子水和叔丁醇的体积比为(0.1～0.6):1，乙醇与去离子水、叔丁醇的混合溶液中乙醇与去离子水、叔丁醇的体积比为(0.02～0.4)：(0.1～0.6):1；

所述清洗溶剂与商业银粉体的质量比为(5～40)：1；

所述包覆剂、清洗溶剂、商业银粉体的质量比为(0.005～0.3)：(5～20)：1；

所述冻干溶剂与商业银粉体的质量比为(1～10)：1；

所述冰箱冷冻条件为-40℃～-10℃；所述真空冷冻干燥条件为：真空度2Pa～10Pa，温度为-70℃～-10℃。

9.一种如权利要求1-4任一项所述的表面改性银焊膏在芯片封装互连中的应用，其特征在于，所述芯片封装互连包括第一母片、第二母片以及用于连接所述第一母片和第二母片的连接层，所述连接层是以所述表面改性银焊膏通过在空气中无压烧结工艺烧结形成。

10.根据权利要求9所述的表面改性银焊膏在芯片封装互连中的应用，其特征在于，所述无压烧结工艺烧结的操作条件为：升温速率为1℃/min～25℃/min；预热温度为50℃～110℃，预热时间为0min～30min，加热峰值温度为150℃～300℃；保温时间为10min～120min。

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