[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)納米金屬互連工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810010152.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108237222B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昱;崔成強(qiáng);陳新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F1/02
• 分類號(hào): B22F1/02;H01L23/532;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王洋;趙青朵

本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)納米金屬互連工藝，包括：A)將核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料印刷至基板上；所述核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料包括金屬殼層包覆的納米銅顆粒；所述金屬選自金、銀、錫、鉑和鈀中的一種或幾種；B)將芯片覆蓋于所述納米顆粒互連材料表面，得到整體器件；C)將所述整體器件燒結(jié)，得到互連器件。本發(fā)明的金屬殼層包覆的納米銅顆粒中殼層金屬形態(tài)致密、尺寸均勻可控，易在較低溫度下發(fā)生原子擴(kuò)散，與核層納米銅顆粒連接在一起，形成三維的互連體系，不僅提高了納米銅的抗氧化性與穩(wěn)定性，還大大降低了互連溫度和互連條件。該工藝能夠在低溫?zé)o壓條件下將芯片與基板互連，完成電子器件的連接封裝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種核殼結(jié)構(gòu)納米金屬互連工藝。

背景技術(shù)

電子封裝技術(shù)是電子制造技術(shù)的延伸，其發(fā)展的快慢以及所達(dá)到的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模，直接影響整機(jī)產(chǎn)品或電子系統(tǒng)的發(fā)展。電子封裝技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力來(lái)源于電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，一代產(chǎn)品造就一代技術(shù)，隨著電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的發(fā)展趨勢(shì)和微電子技術(shù)的不斷更新，電子封裝技術(shù)以其高密度和高性能的特點(diǎn)正逐漸進(jìn)入超高速發(fā)展時(shí)期，這對(duì)互連工藝也提出了更高的要求：(1)保證芯片與基板可靠的機(jī)械連接；(2)具有較高的電導(dǎo)率以實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的電信號(hào)傳輸；(3)具有較高的熱導(dǎo)率以使熱量能夠有效地從芯片傳導(dǎo)到封裝結(jié)構(gòu)，提高芯片的散熱效果；(4)能夠匹配芯片與基板之間熱膨脹系數(shù)的差異，有效減小連接處應(yīng)力。

銅是一種很好的散熱材料，同時(shí)具有很好的導(dǎo)電性，其納米顆粒材料也具備小尺寸效應(yīng)，顆粒直徑越小其燒結(jié)溫度越低，因此可以用作很好的互連材料。然而，納米銅極其容易被氧化，氧化后的納米銅顆粒雖然也可以達(dá)到互連的效果，但由于生成的氧化銅不具有導(dǎo)電性，因此在互連過(guò)程中應(yīng)該盡量避免納米銅顆粒的氧化問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù)中，多采用有機(jī)絡(luò)合包覆的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)納米銅顆粒的防氧化。但是，燒結(jié)過(guò)程中的熱重分析曲線顯示有機(jī)保護(hù)劑在溫度達(dá)到200℃左右時(shí)會(huì)發(fā)生分解，如果沒(méi)有保護(hù)氣體充入則同樣會(huì)導(dǎo)致納米銅顆粒的氧化。

傳統(tǒng)電子封裝互連工藝中，通常需要在較高的溫度和一定的壓力下利用互連材料將芯片與基板的封裝互連。隨著電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和范圍的擴(kuò)大，互連工藝逐漸傾向于向低溫低壓互連發(fā)展。一方面，互連溫度高，對(duì)互連設(shè)備、電子元件及基板材料的耐熱性能會(huì)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)于一些耐熱性差的電子器件，在高互連溫度下容易造成器件損傷；而且，對(duì)于一些特殊的電子產(chǎn)品如太陽(yáng)能薄膜、LED、LCD、溫控元件等必須在低溫下互連；另一方面，互連溫度高還不利于節(jié)能減排，而電子元器件互連封裝又是現(xiàn)代主體行業(yè)，高溫互連勢(shì)必對(duì)能源環(huán)境造成不小的問(wèn)題。因此，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)o壓燒結(jié)的互連工藝已成了電子行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種核殼結(jié)構(gòu)納米金屬互連工藝，本發(fā)明的互連工藝可以實(shí)現(xiàn)低溫?zé)o壓互連。

本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)納米金屬互連工藝，包括：

A)將核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料印刷至基板上；所述核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料包括金屬殼層包覆的納米銅顆粒；所述金屬選自金、銀、錫、鉑和鈀中的一種或幾種；

B)將芯片覆蓋于所述納米顆粒互連材料表面，得到整體器件；

C)將所述整體器件燒結(jié)，得到互連器件。

優(yōu)選的，步驟A)所述核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料還包括溶劑；所述溶劑選自乙醇、乙二醇、松油醇、松香、苯并咪唑、苯并三氮唑、烷基咪唑、烷基苯并咪唑、烷基芳基咪唑、一縮二乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚和三乙二醇甲醚中的一種或幾種。

優(yōu)選的，步驟A)所述金屬殼層包覆的納米銅顆粒占所述核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒互連材料的質(zhì)量百分比為60％～99％；所述納米銅顆粒的粒徑為10～500nm；所述金屬殼層的厚度為1～80nm。