CN116190338B - 一种三维互联器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于三维互联器件技术领域，特别是涉及一种三维互联器件及其制备方法，三维互联器件包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属纳米片，所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中，所述骨架包括垂直排列的所述第一金属纳米片。本发明还提供了一种三维互联器件的制备方法，包括提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1‑8MPa、温度为200‑400℃条件下保温3‑50min，该制备方法可大大增加器件内结构的填充密度，提高了连接性能，增加了器件的可靠性。

Description

一种三维互联器件及其制备方法
技术领域
本发明属于三维互联器件技术领域，特别是涉及一种三维互联器件及其制备方法。
背景技术
随着芯片功率密度的提高和第三代半导体材料SiC的应用，电子元器件的集成和封装结构越来越复杂，电子系统中不断出现腔体、曲面、阶梯集成等特殊结构，对三维互联器件提出了新的要求。
由于现有的纳米焊膏无法较好的分散在溶剂中，其填充密度较小，易形成孔洞导致器件强度不足、甚至虚焊等问题，导致三维互联器件存在质量瑕疵。虽然现有技术在基板上可以得到金属纳米线阵列，实现较高密度焊膏的填充，但其工艺操作复杂，并且需要特定的掩模版和设备，无法实现大规模的应用。此外，三维互联器件中的金属纳米片配制成具有一定浓度的溶液时，由于配置的不规范且无有效的管道设置，导致传统技术中无法有效的取得垂直取向的金属纳米片，从而使得金属纳米片取向的混乱度增加，从而无法满足封装结构的需求，因此需要一种新的三维互联器件使得可以大规模进行应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足之处而提供一种三维互联器件及其制备方法。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种三维互联器件，包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；
所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属微纳米片，所述金属微纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；
所述第一金属微纳米片的长度为0.5-10μm，宽度为0.5-10μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片的长度为0.05-0.5μm，宽度为0.05-0.5μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片分散于所述第一金属微纳米片的间隙内，并形成交联位点；
所述第一连接材料还包括金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种；
所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中；所述骨架包括垂直排列的所述第一金属微纳米片。
优选的，所述金属纳米颗粒的添加量为0.1-10wt%。
优选的，所述金属纳米颗粒直径为10-500nm。
优选的，金属纳米线的添加量为0.1-10wt%。
优选的，所述金属纳米线的截面直径为5-50nm，长度为0.5-10μm。
第二方面，本发明提供了一种三维互联器件的制备方法，包括：
提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1-8MPa、温度为200-400℃条件下保温3-50min。
优选的，所述预热温度为50-120℃，预热时间为2-50min。
上述第一连接材料的制备方法步骤为：
（1）将金属微纳米片分散于有机溶剂中，通过超声搅拌配制成浓度为1-100 mg/mL的溶液；
（2）将步骤（1）的溶液以5-30 mm/s的流速流过第一管道，得到平行排列的金属微纳米片流体，然后通过第二管道使所述金属微纳米片流体转向，得到垂直排列的金属微纳米片结构；
（3）将所述金属微纳米片结构在温度为-40～-25℃，真空度为8～12Pa的条件下，冷冻干燥10～25h，得到第一连接材料。
优选的，步骤（1）中的金属纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；
所述第一金属微纳米片的长度为0.5-10μm，宽度为0.5-10μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片的长度为0.05-0.5μm，宽度为0.05-0.5μm，厚度为20-800nm；
优选的，步骤（1）中将金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种分散于有机溶剂中。
优选的，步骤（1）中的金属微纳米片为包含铜、银、金、锡、镍或铟中的一种或多种的合金片或者核壳结构。
优选的，步骤（1）中的有机溶剂包含醇类溶剂或醚类溶剂中的一种或多种。
优选的，所述醇类溶剂包括乙醇、乙二醇、丙醇、1,2-丙二醇、丙三醇或松油醇中的一种或多种。
优选的，所述醚类溶剂包括乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚或乙二醇单丁醚中的一种或多种。
优选的，步骤（1）中的超声功率为150-300W，超声频率为20-50kHz，超声时间为10-30min。
优选的，步骤（2）中的所述第一管道为锥形管道，所述第一管道长度为100-1000mm，所述第一管道的小直径端的截面直径为0.25-0.6mm，所述第一管道的大直径端的截面直径为0.6-20mm。
优选的，步骤（2）中的所述第二管道为圆形管道，所述第二管道与所述第一管道的小直径端相连。
优选的，步骤（2）中的所述第二管道的截面直径为0.5-10mm，所述第二管道的长度为20-100mm。
本发明具有如下的有益效果：
将金属纳米片配制成具有一定浓度的溶液时，通过设置具有收缩横截面的锥形管道，显著降低了金属纳米片取向的混乱度，使得金属纳米片沿锥形管道边缘平行排列，然后通过截面直径较大的圆形管道，使平行排列的金属纳米片受到阶跃膨胀，从而获得垂直取向的金属纳米片结构。
本发明还提供了一种三维互联器件的制备方法，该制备方法可大大增加器件内结构的填充密度，提高了连接性能，增加了器件的可靠性。
其中，本发明所制备得到的第一连接材料还具有以下优点：
本发明中在第一连接材料具有较好的柔性以及较高的填充密度，垂直取向的结构有利于垂直方向的互联，从而可对复杂结构的表面进行封装；
本发明中在第一连接材料表面印刷焊膏后，预热，有利于助焊剂的挥发，使得在金属纳米片上形成微纳米孔，而微纳米孔有利于对印刷膏体的快速吸附；
本发明中在第一连接材料的骨架可以限制焊膏的移动，在封装时有助于焊膏固定在该结构的范围内，可以避免焊膏溢出，从而有利于焊膏的印刷；
本发明中第一连接材料的骨架还可以大大减少焊膏中助焊剂的使用，并可以增加还原剂的含量和金属颗粒的固含量。
附图说明
图1为三维互联器件示意图；
图2为实例1制备垂直排列的铜微米片结构的示意图；
图3为实例1制得的第一连接材料的SEM图；
图4为实例1制得的第一连接材料的纵截面的示意图；
图5为实例1印刷焊膏的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。但是，所描述的实施例仅是本发明的一部分，而不被认为是全部的实施例。基于本发明中记载的具体实施例，本领域技术人员通过惯常替换所获得的所有其它实施例，都将落入本发明的保护范围。
实例1
请参考图2，将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜微米片分散于乙醇中，在超声功率为200W，超声频率为30kHz的条件下超声25min，配制成50mg/mL的均匀溶液，以5 mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.6mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为20mm）使所述铜微米片流体转向，得到垂直排列的铜微米片结构；在温度为-40℃、真空度为8Pa的条件下冷冻干燥10h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为150μm，请参考图1和图5，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式用刮刀在其表面涂覆一层纳米银膏，60℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为2MPa、温度为250℃的条件下保温30min，即得三维互联器件。
此外，如图3的SEM图可知，平行排列的第一铜微米片的长为0.5-6μm，相邻的两个第一铜微米片之间的间距为0.1-1.3μm，与平行排列的第一铜微米片形成交联位点的第二铜微米片的长为0.2-0.5μm。请进一步参考图4，平行排列的第一铜微米片形成骨架，第二铜微米片形成交联位点。
在本发明的一个实施例内，将金属纳米片配制成具有一定浓度的溶液时，通过设置具有收缩横截面的第一管道，显著降低了金属纳米片取向的混乱度，使得金属纳米片沿锥形管道边缘平行排列，然后通过截面直径较大的第二管道，使平行排列的金属纳米片受到阶跃膨胀，从而获得垂直取向的金属纳米片结构。
在本发明的一个实施例内，超声可以使得金属纳米片在溶剂中的分散性。
在本发明的一个实施例内，冷冻干燥可以使金属纳米片保持原有的结构，不会被平行排列的结构被破坏。
在本发明的一个实施例内，丝网印刷的方式比较灵活，可以根据钢网的形状和厚度可以得到任意厚度的不同形状的印刷膏体。
在本发明的一个实施例内，在第一连接材料表面印刷焊膏后，预热，有利于助焊剂的挥发，使得在金属纳米片上形成微纳米孔，而微纳米孔有利于对印刷膏体的快速吸附。
在本发明的一个实施例内，施加压力使焊料颗粒和金属微纳米片紧密的接触，可以提高烧结质量。
实例2
将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜微米片分散于乙醇中，在超声功率为150W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成50mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为20mm）使所述铜微米片流体转向，得到垂直排列的铜微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料,将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层锡焊膏，60℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为0.1 MPa、温度为300℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例3
将长为0.05μm，宽为0.05μm，厚为80nm的铜纳米片分散于乙醇中，在超声功率为200W，超声频率为30kHz的条件下超声25min，配制成100 mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜纳米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为20mm）使所述铜纳米片流体转向，得到垂直排列的铜纳米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料,将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为80μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1 MPa、温度为320℃的条件下保温2 min，即得三维互联器件。
实例4
将长为10μm，宽为0.05μm，厚为800 nm的银微米片分散于乙二醇中，在超声功率为300W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成80mg/mL的均匀溶液，以5mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为1000nm），得到平行排列的银微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为20mm）使所述银微米片流体转向，得到垂直排列的银微米片结构；在温度为-25℃、真空度为12Pa的条件下冷冻干燥25h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为110μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，60℃下预热5min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为320℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例5
将长为5μm，宽为0.8μm，厚为800 nm的铜银核壳结构微米片分散于乙醇中，在超声功率为300W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成80 mg/mL的均匀溶液，以5mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为0.6mm，小直径端的截面直径为0.4mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜银核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为1mm，长度为20mm）使所述铜银核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜银核壳结构微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铅锡焊膏，80℃下预热5 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为320℃的条件下保温2 min，即得三维互联器件。
实例6
将长为8μm，宽为0.05μm，厚为600nm的铜镍核壳结构微米片分散于乙醚中，在超声功率为300W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成80 mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为0.6mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为100nm），得到平行排列的铜镍核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为3mm，长度为20mm）使所述铜镍核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜镍核壳结构微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铅锡焊膏，60℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为320℃的条件下保温2 min，即得三维互联器件。
实例7
将长为10μm，宽为0.5μm，厚为500nm的锡微米片分散于乙二醇单丁醚中，在超声功率为300W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成80 mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为6mm，小直径端的截面直径为0.25 mm，长度为100 nm），得到平行排列的锡微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为10 mm，长度为20mm）使所述锡纳米片流体转向，得到垂直排列的锡微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为5mm×5mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为320℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例8
将长为0.05μm，宽为0.05μm，厚为20nm的金纳米片分散于乙二醇单乙醚中，在超声功率为300W，超声频率为20kHz的条件下超声30min，配制成80 mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为2mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为100nm），得到平行排列的金纳米片流体，然后通过第二管道（截面直径为10 mm，长度为20mm）使所述金纳米片流体转向，得到垂直排列的金纳米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料，将其裁剪成长×宽为5 mm×5mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为320℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例9
将长为0.5μm，宽为1μm，厚为800 nm的镍微米片分散于松油醇中，在超声功率为300W，超声频率为20 kHz的条件下超声30min，配制成80 mg/mL的均匀溶液，以10 mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为5mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为100nm），得到平行排列的镍微米片流体，然后通过第二管道（截面直径10为mm，长度为20mm）使所述镍微米片流体转向，得到垂直排列的镍微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料，将第一连接材料设置于基板上，将其裁剪成长×宽为10mm×10mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层银膏，80℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片然后在压力为5MPa、温度为320℃的条件下保温2 min，即得三维互联器件。
实例10
将长为0.05μm，宽为0.05μm，厚为200 nm的铜纳米片分散于乙醇中，在超声功率为300W，超声频率为10kHz的条件下超声30min，配制成100 mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为5 mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为100nm），得到平行排列的铜纳米片流体，然后通过第二管道（截面直径为10 mm，长度为100mm）使所述铜纳米片流体转向，得到垂直排列的铜纳米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为10 mm×10 mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片然后在压力为1MPa、温度为300℃的条件下保温5min，即得三维互联器件。
实例11
将长为0.8μm，宽为0.8μm，厚为200 nm的镍纳米片分散于乙醇中，在超声功率为300W，超声频率为10 kHz的条件下超声30 min，配制成100 mg/mL的均匀溶液，以10 mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为0.6mm，小直径端的截面直径为0.25mm，长度为100nm），得到平行排列的镍纳米片流体，然后通过第二管道（截面直径为8mm，长度为50mm）使所述镍纳米片流体转向，得到垂直排列的镍纳米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料,将其裁剪成长×宽为3mm×3mm，厚度为100μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铅锡焊膏，60℃下预热5min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为1MPa、温度为300℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例12
将长为6μm，宽为6μm，厚为20nm的铜微米片分散于丙二醇中，在超声功率为200W，超声频率为30kHz的条件下超声25min，配制成50mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.3mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为15mm）使所述铜微米片流体转向，得到垂直排列的铜微米片结构；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为80μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片然后在压力为5 MPa、温度为400℃的条件下保温2min，即得三维互联器件。
实例13
将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜微米片和颗粒直径为10nm的铟锡纳米颗粒分散于丙二醇中，所述铟锡纳米颗粒的添加量为0.1wt%，在超声功率为200W，超声频率为30kHz的条件下超声25min，配制成80mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.4mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为5mm，长度为15mm）使所述铜微米片流体转向，得到垂直排列的铜微米片结构，铜微米片上分布着铟锡纳米颗粒；在温度为-40℃、真空度为12Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5 mm，厚度为80μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热5 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为200℃的条件下保温50 min，即得三维互联器件。
实例14
将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜微米片和颗粒直径为500nm的铟锡纳米颗粒分散于丙二醇中，所述铟锡纳米颗粒的添加量为1wt%，在超声功率为200W，超声频率为30kHz的条件下超声25min，配制成50mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为2 mm，长度为1000nm），得到平行排列的铜微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为1mm，长度为15mm）使所述铜微米片流体转向，得到垂直排列的铜微米片结构，铜微米片上分布着铟锡纳米颗粒；在温度为-40℃、真空度为10Pa的条件下冷冻干燥18h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5MPa、温度为220℃的条件下保温30min，即得三维互联器件。
实例15
将长为10μm，宽为0.5μm，厚为200nm的铜银核壳结构微米片和颗粒直径为500 nm的铜锡核壳结构纳米颗粒分散于丙二醇中，所述铜锡核壳结构纳米颗粒的添加量为10wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10 min，配制成100mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为15mm，小直径端的截面直径为0.6mm，长度为500nm），得到平行排列的铜银核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为15mm）使所述铜银核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜银核壳结构微米片结构，铜银核壳结构微米片上分布着铜锡核壳结构纳米颗粒；在温度为-50℃、真空度为8Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料, 将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为120μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，70℃下预热20min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为220℃的条件下保温50 min，即得三维互联器件。
实例16
将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜银核壳结构微米片和截面直径为5nm，长度为0.5μm铜纳米线分散于丙二醇中，所述铜纳米线的添加量为0.1wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10 min，配制成100mg/mL的均匀溶液，以25mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.3 mm，长度为500 nm），得到平行排列的铜银核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为5 mm，长度为15mm）使所述铜银核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜银核壳结构微米片结构，铜银核壳结构微米片上分布着铜纳米线；在温度为-50℃、真空度为12Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料,将将其裁剪成长×宽为5mm×5mm，厚度为80μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜膏，60℃下预热10min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为220℃的条件下保温50min，即得三维互联器件。
实例17
将长为10μm，宽为10μm，厚为20nm的铜锡核壳结构微米片和截面直径为5nm，长度为500μm金纳米线分散于丙二醇中，所述金纳米线的添加量为10wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10min，配制成100mg/mL的均匀溶液，以10mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.6mm，长度为500nm），得到平行排列的铜锡核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为0.5mm，长度为15mm）使所述铜锡核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的述铜锡核壳结构微米片结构，铜锡核壳结构微米片上分布着铜纳米线；在温度为-40℃、真空度为9Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料,将将其裁剪成长×宽为0.5mm×0.5mm，厚度为80μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铅锡焊膏，60℃下预热10min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为220℃的条件下保温15min，即得三维互联器件。
实例18
将长为10μm，宽为10μm，厚为200nm的铜锡核壳结构微米片和截面直径为5nm，长度为500μm银纳米线分散于丙二醇中，所述银纳米线的添加量为6wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10 min，配制成80mg/mL的均匀溶液，以15 mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.6mm，长度为500 nm），得到平行排列的铜锡核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为10mm，长度为20 mm）使所述铜锡核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜锡核壳结构微米片结构，铜锡核壳结构微米片上分布着银纳米线；在温度为-30℃、真空度为8Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料,将将其裁剪成长×宽为6 mm×6mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜焊膏，80℃下预热15 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为400℃的条件下保温10min，即得三维互联器件。
实例19
将长为0.5μm，宽为0.5μm，厚为100nm的镍纳米片和截面直径为8nm，长度为300μm银纳米线分散于丙二醇中，所述银纳米线的添加量为8wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10min，配制成100mg/mL的均匀溶液，以30mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.5mm，长度为500nm），得到平行排列的镍纳米片流体，然后通过第二管道（截面直径为8mm，长度为15mm）使所述镍纳米片流体转向，得到垂直排列的镍纳米片，镍纳米片上分布着银纳米线；在温度为-50℃、真空度为8Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料,将其裁剪成长×宽为6 mm×6mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜焊膏，80℃下预热15 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为5 MPa、温度为400℃的条件下保温10 min，即得三维互联器件。
实例20
将长为6μm，宽为6μm，厚为150nm的铜镍核壳结构微米片和截面直径为5nm，长度为500μm铜纳米线分散于丙二醇中，所述铜纳米线添加量为5wt%，在超声功率为300W，超声频率为50kHz的条件下超声10 min，配制成100mg/mL的均匀溶液，以20mm/s的流速流过第一管道（大直径端的截面直径为20mm，小直径端的截面直径为0.6mm，长度为500nm），得到平行排列的铜镍核壳结构微米片流体，然后通过第二管道（截面直径为10mm，长度为20mm）使所述铜镍核壳结构微米片流体转向，得到垂直排列的铜镍核壳结构微米片结构，铜镍核壳结构微米片上分布着铜纳米线；在温度为-50℃、真空度为8Pa的条件下冷冻干燥24h，得到垂直取向的第一连接材料,将将其裁剪成长×宽为4mm×4mm，厚度为150μm，将第一连接材料设置于基板上，通过丝网印刷的方式在其表面涂覆一层铜焊膏，80℃下预热15 min，挥发大部分的有机溶剂，贴装芯片，然后在压力为6MPa、温度为350℃的条件下保温5 min，即得三维互联器件。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (15)

1.一种三维互联器件，其特征在于，包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；
所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属微纳米片，所述金属微纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；
所述第一金属微纳米片的长度为0.5-10μm，宽度为0.5-10μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片的长度为0.05-0.5μm，宽度为0.05-0.5μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片分散于所述第一金属微纳米片的间隙内，并形成交联位点；
所述第一连接材料还包括金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种；
所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中；所述骨架包括垂直排列的所述第一金属微纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米颗粒的添加量为0.1-10wt%。
3.根据权利要求2所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米颗粒的直径为10-500nm。
4.根据权利要求1所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米线的添加量为0.1-10wt%。
5.根据权利要求4所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米线的截面直径为5-50nm，长度为0.5-10μm。
6.一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1-8MPa、温度为200-400℃条件下保温3-50min；
所述第一连接材料的制备方法步骤为：
（1）将金属微纳米片分散于有机溶剂中，通过超声搅拌配制成浓度为1-100 mg/mL的溶液；
（2）将步骤（1）的溶液以5-30 mm/s的流速流过第一管道，得到平行排列的金属微纳米片流体，然后通过第二管道使所述金属微纳米片流体转向，得到垂直排列的金属微纳米片结构；
（3）将所述金属微纳米片结构在温度为-40～-25℃，真空度为8～12Pa的条件下，冷冻干燥10～25h，得到第一连接材料；
所述金属微纳米片结构包括第一金属微纳米片和与第一金属微纳米片连接的第二金属微纳米片。
7.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的金属微纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；
所述第一金属微纳米片的长度为0.5-10μm，宽度为0.5-10μm，厚度为20-800nm；
所述第二金属微纳米片的长度为0.05-0.5μm，宽度为0.05-0.5μm，厚度为20-800nm；
步骤（1）中将金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种分散于有机溶剂中。
8.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的金属微纳米片为包含铜、银、金、锡、镍或铟中的一种或多种的合金片或者核壳结构。
9.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的有机溶剂包含醇类溶剂或醚类溶剂中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂包括乙醇、乙二醇、丙醇、1,2-丙二醇、丙三醇或松油醇中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，所述醚类溶剂包括乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚或乙二醇单丁醚中的一种或多种。
12.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的超声功率为150-300W，超声频率为20-50kHz，超声时间为10-30min。
13.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的所述第一管道为锥形管道，所述第一管道长度为100-1000mm，所述第一管道的小直径端的截面直径为0.25-0.6mm，所述第一管道的大直径端的截面直径为0.6-20mm。
14.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的所述第二管道为圆形管道，所述第二管道与所述第一管道的小直径端相连。
15.根据权利要求14所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的所述第二管道的截面直径为0.5-10mm，所述第二管道的长度为20-100mm。
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