CN116190337B - 电子器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子封装技术领域，提出一种电子器件及其制备方法，其中电子器件包括：基材、芯片和第一导电填料；所述第一导电填料包括高分子树脂和液态金属核壳结构；所述液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，所述预制液态金属分散于金属壳内部；所述第一导电填料提供芯片和基材间的导电通路。根据本发明的方案，当固化后的第一导电填料受到热应力或者机械应力产生裂纹时，液态金属的外壳材料也会发生破裂，此时，微量的液态金属会填补空隙，修复到导电通路，实现电子器件的高可靠性。

Description

电子器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种电子器件及其制备方法。
背景技术
随着微电子行业的发展，电子封装技术不断向小型化、精密化、绿色化的方向进步。传统的锡铅焊接技术因为精密度低、线分辨率低、焊接温度高以及存在较大环境污染等原因在集成电路和微电子连接应用中已经越来越难以满足需求。导电胶是一类同时具有粘接能力和导电性能的胶黏剂，具有固化条件温和，更高的韧性和抗疲劳特性，在微电子组装、印刷线路板、射频天线、电磁屏蔽，LED装配等领域广泛应用。现有的导电胶技术由于其连接芯片背面和基板的热膨胀系数不匹配易发生开裂。并且随着碳化硅器件的结温不断增加，器件工作温度也越来越高，长时间高温环境下容易引发其可靠性的问题。
不仅如此，传统技术中，采用液态金属与高分子基材直接混合，由于液态金属表面张力较大，导致填充密度不高；液态金属直接与高分子基材共混形成导电胶，在使用过程中发生相变，体积的变化引起基体可靠性问题；无增加粘度的材料，高温时液态金属易泄露，使电子器件短路；液态金属与高分子基材浸润性较差，无法充分与基材混合，导致界面易开裂，可靠性不高；液态金属容易氧化，导致其导电以及导热能力下降，影响导电胶的性能。
不仅如此，传统技术中，还存在将液态金属和高分子化合物一同滴入凝固浴中，如此方案只能得到纤维状核壳结构，无法获取或者很难控制得到想要的其他形状的核壳结构，这也会导致无法获取对应性能的导电胶，不利于填充（填充密度）和混料（使液态金属核壳结构分散在树脂基体中），导致液态金属核壳结构发生团聚或者跟树脂基体浸润较差，容易发生混料不均匀，填充密度小的现象，这样使得通过该导电胶封装的电子器件无法实现良好的性能，导电性较差，电阻率高，容易发生短路。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种电子器件及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种电子器件，包括：基材、芯片和第一导电填料；
所述第一导电填料包括高分子树脂和液态金属核壳结构；
所述液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，所述预制液态金属分散于金属壳内部；
所述第一导电填料提供芯片和基材间的导电通路。
根据本发明的一个方面，所述预制液态金属为颗粒状液态金属，其粒径为50nm-5μm。
根据本发明的一个方面，所述预制液态金属的粒径为1μm-5μm。
根据本发明的一个方面，所述金属壳的厚度为200nm-2μm。
根据本发明的一个方面，所述液态金属核壳结构与所述高分子树脂的质量比为1：1-3：1。
为实现上述目的，本发明还提供一种电子器件制备方法，包括：
将高分子树脂和液态金属核壳结构混合得到第一导电填料；
将基材和芯片通过所述第一导电填料连接，得到电子器件；
其中，所述液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，所述预制液态金属分散于金属壳内部。
根据本发明的一个方面，所述预制液态金属的制备方法包括：
将高分子聚合物溶于第一有机溶剂中，制备第一溶液；
将液态金属溶于所述第一溶液中，得到液态金属溶液；
通过湿法纺丝的方法调节液态金属溶液进入低温凝固浴后形成的形状，得到预制液态金属。
根据本发明的一个方面，所述液态金属核壳结构的制备方法包括：
将金属盐溶于第二有机溶剂中，通过超声分散配成第二溶液；
将预制液态金属与第二溶液混合均匀，通过加热反应将第二溶液形成所述金属壳并包裹所述预制液态金属，得到液态金属核壳结构。
根据本发明的一个方面，所述金属盐为硝酸银，所述第二有机溶剂为醇类溶剂。根据本发明的一个方面，在将硝酸银溶于醇类溶剂的过程中，同时加入还原剂，然后通过超声分散配成第二溶液。
根据本发明的一个方面，所述醇类溶剂为1，2-丙二醇，所述还原剂为抗坏血酸；
所述硝酸银与抗坏血酸的质量比为1：1。
根据本发明的一个方面，所述金属盐为氯化铜，所述第二有机溶剂为二甲基亚砜。
根据本发明的一个方面，所述低温凝固浴包括二元醇溶剂、还原剂和表面活性剂。
根据本发明的方案，液态金属核壳结构具有抗氧化性，因为表面包裹的金属外壳可使内部液态金属不氧化；液态金属核壳结构可实现高密度的填充，无需考虑液态金属过量导致的溢出，也无需考虑液态金属与基体树脂的润湿性；当固化后的导电胶受到大的热应力或者机械应力产生裂纹时，液态金属的外壳材料也会发生破裂，此时，微量的液态金属会填补空隙，修复到导电通路，实现器件的高可靠性；由于有外壳材料的包裹，无需考虑液态金属泄露的问题。
根据本发明的方案，控制得到想要的核壳结构可以获取对应性能的导电胶，有利于填充和混料，具体地，本发明可以使得液态金属核壳结构不会发生团聚，使得液态金属核壳结构与基体树脂的浸润更佳，所以避免了混料不均匀和填充密度小的问题，这样可以使得本发明的电子器件的性能稳定提升，保证具有较小的电阻率，可以有效防止短路现象。
附图说明
图1为液态金属核壳结构图；
图2为液态金属核壳结构在高分子树脂中的状态图；
图3为高分子树脂产生微裂纹的状态图；
图4为液态金属填补微裂纹的状态图。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
本发明提供一种电子器件，该电子器件包括：基材、芯片和第一导电填料。图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的第一导电填料的结构布置图。如图1所示，在本实施方式中，第一导电填料包括高分子树脂1和液态金属核壳结构2，其中，液态金属核壳结构2包括预制液态金属3和金属壳4，预制液态金属3分散于金属壳4内部；第一导电填料提供芯片和基材间的导电通路。
进一步地，在本实施方式中，预制液态金属3为颗粒状液态金属，其粒径为50nm-5μm。优选地，预制液态金属3的粒径为1μm-5μm。如此设置，是因为预制液态金属3的粒径尺寸太小（例如小于50nm）时，会导致颗粒无法混合均匀，并且需要较大的填充量才有可能形成导电通路，尺寸过大（例如大于5μm）会导致金属壳4包裹过多的液态金属，可能会溢出过多，导致电子器件损坏。
进一步地，在本实施方式中，金属壳的厚度为200nm-2μm，如此设置的原因在于：金属壳4过薄（例如厚度小于200nm）会导致在混料的过程，金属壳4就发生破裂；而过厚（例如厚度大于2μm）可以承受的应力过大，导致金属壳4不会发生破裂，预制液态金属3无法产生填补缝隙的效果。
进一步地，在本实施方式中，液态金属核壳结构2与高分子树脂1的质量比为1：1-3：1。如此设置的原因在于：液态金属核壳结构2的填充过低则无法保证良好导电通路的形成；液态金属核壳结构2的填充量过大导致混料不均匀，并且严重影响导电胶的粘接效果。
根据本发明的上述方案，液态金属核壳结构2在高分子树脂1中彼此接触形成导电通路，在外界大的机械应力或热应力下，高分子树脂自身产生微裂纹，与液态金属核壳结2的界面也产生裂纹，而薄层的金属壳4在大的应力作用下会破裂，器件在运行时会产生高温，预制液态金属3发生相变，转化为液态。此时液态的金属会从金属壳4的缝隙中流出，填补裂纹，保证到导电通路的连接。而金属壳4的存在也阻止了液态的金属的过量溢出和过度流动，不会使电子器件因为液态的金属溢出树脂而短路。其中，液态金属核壳结构2如图2所示，预制液态金属3被金属壳4包裹。液态金属核壳结构2在高分子树脂1中的状态如图1所示，高分子树脂1自身产生微裂纹5时如图3所示，预制液态金属3填补微裂纹5如图4所示。
进一步地，为了实现上述目的，本发明还提供一种电子器件制备方法，具体包括以下步骤：
将高分子树脂和液态金属核壳结构混合得到第一导电填料；
将基材和芯片通过第一导电填料连接，得到电子器件；
其中，液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，预制液态金属分散于金属壳内部。
根据本发明的上述方案，液态金属核壳结构在高分子树脂中彼此接触形成导电通路，在外界大的机械应力或热应力下，高分子树脂自身产生微裂纹，与液态金属核壳结的界面也产生裂纹，而薄层的金属壳在大的应力作用下会破裂，器件在运行时会产生高温，预制液态金属发生相变，转化为液态。此时液态的金属会从金属壳的缝隙中流出，填补裂纹，保证到导电通路的连接。而金属壳的存在也阻止了液态的金属的过量溢出和过度流动，不会使器件因为液态的金属溢出树脂而短路。
根据本发明的一种实施方式，预制液态金属的制备方法包括：
将高分子聚合物溶于第一有机溶剂中，制备第一溶液；
将液态金属溶于所述第一溶液中，得到液态金属溶液；
通过湿法纺丝的方法调节液态金属溶液进入低温凝固浴后形成的形状，得到预制液态金属。
在本实施方式中，将高分子聚合物溶于甲基乙基酮中，制备第一溶液。例如，将聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶解于浓度为甲基乙基酮中，制备第一溶液。
进一步地，将液态金属溶于第一溶液中，得到液态金属溶液，液态金属溶液的浓度范围为200mg/ml-500mg/ml，其过高的浓度可能会导致材料结晶不完整或者出现颗粒聚集的问题。过低的浓度导致无法形成良好的液态金属溶液，在本实施方式中，高分子聚合物起到提供粘度以及一定的支撑作用。
进一步地，通过湿法纺丝的方法调节液态金属溶液进入低温凝固浴中的速度为1滴-2滴每秒。如此设置，可以使得液态金属溶液能够形成预制液态金属，而且重要的是，通过上述方法可以使得该预制液态金属的形状为想要得到的形状，例如颗粒状液态金属（球形液态金属）和其他形状液态金属，如此方案对于后续形成高性能的液态金属核壳结构更加有利和高效。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，液态金属核壳结构的制备方法包括：
将金属盐溶于第二有机溶剂中，通过超声分散配成第二溶液；
将预制液态金属与第二溶液混合均匀，通过加热反应将第二溶液形成金属壳并包裹预制液态金属，得到液态金属核壳结构。
在本实施方式中，将硝酸银溶于醇类溶剂中，通过超声分散配成第二溶液，第二溶液的浓度为0.01-0.5mol/L。在本实施方式中，将硝酸银溶于乙二醇中，超声分散配成20mg/ml的第二溶液。不仅如此，在此基础上，在将硝酸银溶于醇类溶剂的过程中，同时还可以加入还原剂，然后通过超声分散配成第二溶液。
在本实施方式中，醇类溶剂为1，2-丙二醇，还原剂为抗坏血酸。
将硝酸银溶于醇类溶剂的过程中，同时加入还原剂，然后通过超声分散配成第二溶液为：
将硝酸银与抗坏血酸按1：1的质量比溶于1，2-丙二醇中，超声分散配成10mg/ml的第二溶液。
根据本发明的另一种实施方式，将氯化铜溶于二甲基亚砜中，通过超声分散配成第二溶液，第二溶液的浓度为0.01-0.5mol/L，在本实施方式中，过高的浓度可能会导致材料结晶不完整，形成纤维困难，或者出现颗粒聚集的问题，或者堵塞喷嘴，过低的浓度导致包裹不完全。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，低温凝固浴由二元醇溶剂、还原剂和表面活性剂组成。其中，二元醇溶剂为乙二醇，还原剂为硼氢化钠，表面活性剂为OP-10、EP-10、十二烷基溴化铵、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或聚山梨酯。在本实施方式中，表面活性剂的浓度可以在0.1-2wt%之间进行调整，它可以调节纺丝液的表面张力和黏度，提高纤维的质量和性能。过高的浓度影响金属原子的聚合，浓度过低会出现颗粒聚集的问题。还原剂浓度在0.01-1mol/L。浓度过高造成不必要的浪费，过低时无法将金属离子还原。
根据本发明的另一种实施方式，低温凝固浴也可由去离子水构成。如此设置，金属盐在有机体系可以分散的相对较好，而在水体系溶解度较低，加入水体系中会降低其的溶解度，促使金属颗粒的析出，液态金属作为模板可被析出的金属盐包覆。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，将预制液态金属与第二溶液混合均匀，通过加热反应得到液态金属核壳结构为：
将预制液态金属与第二溶液混合均匀后，在50℃条件下，微波反应10min，得到金属（银或铜）包裹的液态金属核壳结构。如此设置，反应后金属盐被原位还原成例如金属颗粒，形成良好的核壳结构。微波反应可以在较低的温度下快速反应。因为微波反应依托的是原子内部的晶格振动，从而产生热量，反应速度更快，受热更均匀。而正常的水浴加热需要介质，从外部缓慢传热至内部。
根据本发明的另一种实施方式，将预制液态金属与第二溶液混合均匀，通过加热反应得到液态金属核壳结构为：
将预制液态金属与第二溶液混合均匀后，转移至水热反应釜中，在100℃的条件下反应30min，得到金属（银或铜）包裹的液态金属核壳结构。如此设置，利用高温和高压，加快还原反应速率，提高金属颗粒的产出。
根据本发明的上述方案，液态金属核壳结构具有抗氧化性，因为表面包裹的金属外壳可使内部液态金属不氧化；
液态金属核壳结构可实现高密度的填充，无需考虑液态金属过量导致的溢出，也无需考虑液态金属与基体树脂的润湿性；
当固化后的导电胶受到大的热应力或者机械应力产生裂纹时，液态金属的外壳材料也会发生破裂，此时，微量的液态金属会填补空隙，修复到导电通路，实现器件的高可靠性；
由于有外壳材料的包裹，无需考虑液态金属泄露的问题。
重要的是，根据本发明的上述方案，首先将液态金属溶液通过湿法纺丝的方法滴入低温凝固浴中，这样可以提前调节想要得到的液态金属的形状，通过此方法得到想要得到的预制液态金属（例如颗粒状液态金属）以后，再将该预制液态金属与上述第二溶液混合加热，就可以得到想要得到的液态金属核壳结构。如此方案有效地解决了现有技术中将液态金属和高分子化合物一同滴入凝固浴中只能得到纤维状核壳结构的问题，有效提高了导电胶的填充和混料性能。
基于本发明的上述方案，以下以具体实施例的方式详细说明本发明。
实例1
提供液态金属核壳结构的预制体，其中，预制液态金属粒径50nm，金属壳为银，厚度200nm，将液态金属核壳结构与酚醛环氧树脂按质量比为55：45混合，采用THINKY MIXER的ARV-931TWIN真空搅拌机，在2000rpm的转速下，搅拌40min，得到混合均匀的第一导电填料（导电胶）。之后采用丝网印刷的方式，将导电胶涂覆在DBC的表面，丝网印刷机采用的是华企正邦的ZB3250LY半自动印刷机，印刷厚度80μm。之后用AUTOTRONIK-SMT贴片机将芯片贴装于印刷好的导电胶上。之后将器件置于诚联凯达KD-V43真空共晶炉中，在300℃下保温20min，N2气氛，即可得到封装好的电子器件，经检测电阻率可达6.2*10-5Ω·cm。
实例2
提供液态金属核壳结构的预制体，其中液态金属粒径4μm，金属壳为铜，厚度1μm，将液态金属核壳结构与酚醛环氧树脂按质量比为75：25混合，采用THINKY MIXER的ARV-931TWIN真空搅拌机，在2000rpm的转速下，搅拌40min，得到混合均匀的第一导电填料（导电胶）。之后采用丝网印刷的方式，将导电胶涂覆在DBC的表面，丝网印刷机采用的是华企正邦的ZB3250LY半自动印刷机，印刷厚度80μm。之后用AUTOTRONIK-SMT贴片机将芯片贴装于印刷好的导电胶上。之后将器件置于诚联凯达KD-V43真空共晶炉中，在280℃下保温30min，N2气氛，即可得到封装好的电子器件，经检测电阻率可达4.6*10-5Ω·cm。
实例3
提供液态金属核壳结构的预制体，其中液态金属核1μm，金属壳为金，厚度300nm，将液态金属核壳结构与酚醛环氧树脂按质量比为65：35混合，采用THINKY MIXER的ARV-931TWIN真空搅拌机，在2000rpm的转速下，搅拌40min，得到混合均匀的第一导电填料（导电胶）。之后采用丝网印刷的方式，将导电胶涂覆在DBC的表面，丝网印刷机采用的是华企正邦的ZB3250LY半自动印刷机，印刷厚度80μm。之后用AUTOTRONIK-SMT贴片机将芯片贴装于印刷好的导电胶上。之后将器件置于诚联凯达KD-V43真空共晶炉中，在250 ℃下保温30min，N2气氛，即可得到封装好的电子器件，经检测电阻率可达5.8*10-5Ω·cm。
目前，现有的导电胶产品电阻率普遍为10-4Ω·cm，由于本发明采用金属壳包裹液态金属的工艺，使得本发明的填充密度和在导电胶的分散性大大提高，提高了导电胶的导电性。独特的金属壳包裹的结构，也让导电胶的可靠性大大提高。经过150℃*1000h的高温老化，导电胶的电阻率仍然维持在8.1*10-5Ω·cm，并且电阻率仍然比市面上的导电胶产品电阻率低。如此，使得通过第一导电填料的连接所得到的电子器件具有性能稳定、电阻率低以及不容易发生短路等特性。
实例4
将聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶解于浓度为500mg/ml的甲基乙基酮中，制备第一溶液。将液态金属溶于第一溶液得到液态金属溶液。通过调节湿法纺丝的参数来调节液态金属溶液在低温凝固浴中产生的形状，具体地，调节液态金属溶液的流出速度为1滴每秒，滴入由乙二醇和硼氢化钠组成的低温凝固浴中，可凝固成预制液态金属。
然后，将硝酸银溶于乙二醇中，超声分散配成20mg/ml的第二溶液。将上述调节形状后的预制液态金属与第二溶液共混后，在50℃的条件下，微波反应10min，即可得到银包裹的液态金属核壳结构。
实例5
将聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶解于浓度为500mg/ml的甲基乙基酮中，制备第一溶液。将液态金属溶于第一溶液得到液态金属溶液。通过调节湿法纺丝的参数来调节液态金属溶液在低温凝固浴中产生的形状，具体地，调节液态金属溶液的流出速度为1滴每秒，滴入由去离子水构成的低温凝固浴中，然后通过冷冻干燥技术得到预制液态金属。
然后，将硝酸银与抗坏血酸按1：1的质量比溶于1，2-丙二醇中，超声分散配成10mg/ml的第二溶液。将20mg预制液态金属加入上述第二溶液中，搅拌均匀。最后转移至水热反应釜中100℃反应30min，即可得到银包裹的液态金属核壳结构。
根据本发明的上述方案，
液态金属核壳结构具有抗氧化性，因为表面包裹的金属外壳可使内部液态金属不氧化；
液态金属核壳结构可实现高密度的填充，无需考虑液态金属过量导致的溢出，也无需考虑液态金属与基体树脂的润湿性；
当固化后的导电胶受到大的热应力或者机械应力产生裂纹时，液态金属的外壳材料也会发生破裂，此时，微量的液态金属会填补空隙，修复到导电通路，实现器件的高可靠性；
由于有外壳材料的包裹，无需考虑液态金属泄露的问题。
重要的是，根据本发明的上述方案，首先将液态金属溶液通过湿法纺丝的方法滴入低温凝固浴中，这样可以提前调节想要得到的液态金属的形状，通过此方法得到想要得到的预制液态金属以后，再将该预制液态金属与上述第二溶液混合加热，就可以得到想要得到的液态金属核壳结构。如此方案有效地解决了现有技术中将液态金属和高分子化合物一同滴入凝固浴中只能得到纤维状核壳结构的问题，有效提高了导电胶的填充和混料性能，使得本发明的电子器件具有稳定的导电性能，不易发生短路。
根据本发明的上述方案，控制得到想要的核壳结构可以获取对应性能的导电胶，有利于填充（填充密度）和混料（使液态金属核壳结构分散在树脂基体中），具体地，本发明可以使得液态金属核壳结构不会发生团聚，使得液态金属核壳结构与树脂基体的浸润更佳，所以避免了混料不均匀和填充密度小的问题，这样可以使得本发明的电子器件的性能稳定提升，保证具有较小的电阻率，可以有效防止短路现象。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (13)

1.电子器件，其特征在于，包括：基材、芯片和第一导电填料；
所述第一导电填料包括高分子树脂和液态金属核壳结构；
所述液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，所述预制液态金属分散于金属壳内部；
所述第一导电填料提供芯片和基材间的导电通路。
2.根据权利要求1所述的电子器件，其特征在于，所述预制液态金属为颗粒状液态金属，其粒径为50nm-5μm。
3.根据权利要求2所述的电子器件，其特征在于，所述预制液态金属的粒径为1μm-5μm。
4.根据权利要求1所述的电子器件，其特征在于，所述金属壳的厚度为200nm-2μm。
5.根据权利要求1所述的电子器件，其特征在于，所述液态金属核壳结构与所述高分子树脂的质量比为1：1-3：1。
6.电子器件制备方法，其特征在于，包括：
将高分子树脂和液态金属核壳结构混合得到第一导电填料；
将基材和芯片通过所述第一导电填料连接，得到电子器件；
其中，所述液态金属核壳结构包括预制液态金属和金属壳，所述预制液态金属分散于金属壳内部。
7.根据权利要求6所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述预制液态金属的制备方法包括：
将高分子聚合物溶于第一有机溶剂中，制备第一溶液；
将液态金属溶于所述第一溶液中，得到液态金属溶液；
通过湿法纺丝的方法调节液态金属溶液进入低温凝固浴后形成的形状，得到预制液态金属。
8.根据权利要求6所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述液态金属核壳结构的制备方法包括：
将金属盐溶于第二有机溶剂中，通过超声分散配成第二溶液；
将预制液态金属与第二溶液混合均匀，通过加热反应将第二溶液形成所述金属壳并包裹所述预制液态金属，得到液态金属核壳结构。
9.根据权利要求8所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸银，所述第二有机溶剂为醇类溶剂。
10.根据权利要求9所述的电子器件制备方法，其特征在于，在将硝酸银溶于醇类溶剂的过程中，同时加入还原剂，然后通过超声分散配成第二溶液。
11.根据权利要求10所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为1，2-丙二醇，所述还原剂为抗坏血酸；
所述硝酸银与抗坏血酸的质量比为1：1。
12.根据权利要求8所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述金属盐为氯化铜，所述第二有机溶剂为二甲基亚砜。
13.根据权利要求7所述的电子器件制备方法，其特征在于，所述低温凝固浴包括二元醇溶剂、还原剂和表面活性剂。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451875B1 (en) * 1999-10-12 2002-09-17 Sony Chemicals Corporation Connecting material for anisotropically electroconductive connection
JP2007224420A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd コア−シェル構造の金属ナノ粒子及びその製造方法
CN107452434A (zh) * 2017-07-27 2017-12-08 深圳大学 一种导电粉末‑液态金属液滴及其制备方法与应用
CN109852281A (zh) * 2019-02-01 2019-06-07 东南大学 一种基于液态金属的各向异性导电胶的制备方法
CN110343484A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 东南大学 基于粒子基质涂覆液态金属的各向异性导电胶及制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7329941B2 (ja) * 2019-03-28 2023-08-21 株式会社ノリタケカンパニーリミテド コアシェル粒子およびその利用
CN110729071B (zh) * 2019-12-19 2020-06-09 北京梦之墨科技有限公司 液态金属导电浆料及电子器件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451875B1 (en) * 1999-10-12 2002-09-17 Sony Chemicals Corporation Connecting material for anisotropically electroconductive connection
JP2007224420A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd コア−シェル構造の金属ナノ粒子及びその製造方法
CN107452434A (zh) * 2017-07-27 2017-12-08 深圳大学 一种导电粉末‑液态金属液滴及其制备方法与应用
CN109852281A (zh) * 2019-02-01 2019-06-07 东南大学 一种基于液态金属的各向异性导电胶的制备方法
CN110343484A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 东南大学 基于粒子基质涂覆液态金属的各向异性导电胶及制备方法

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