[發明專利]一種新型納米銀膏及其制備方法、及燒結方法

有效

• 申請號: 201810361358.5
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108538446B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 吳豐順;黃怡;莫麗萍;周政;劉輝;王錚鐸;許曉珊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B13/00;B82Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發明屬于微電子封裝相關技術領域，其公開了一種納米銀膏的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將納米級或者微米級的能夠發生自蔓延反應的金屬粉末進行預處理以得到自蔓延粉；(2)將納米銀粉及步驟(1)所得到的自蔓延粉所組成的混合物中加入有機載體及有機溶劑后混合均勻以得到混合納米銀膏預備體，并將所述混合納米銀膏預備體以預定溫度進行恒溫水浴加熱，使所述有機溶劑揮發，由此得到新型納米銀膏；或者，將所述自蔓延粉加入現有的納米銀膏中進行攪拌以獲得所述新型納米銀膏。本發明還涉及納米銀膏及適用于電子封裝的燒結方法。本發明利用自蔓延粉發生自蔓延反應產生的熱量來輔助燒結，提高了燒結速度及工作效率。

技術領域

本發明屬于微電子封裝相關技術領域，更具體地，涉及一種新型納米銀膏及其制備方法、及燒結方法。

背景技術

電子封裝是從電路設計的完成開始，根據電路圖，將裸芯片、陶瓷、金屬、有機物等物質制造成芯片、元件、板卡、電路板，最終組裝成電子產品的整個過程。該工藝減少外部環境對芯片的不利影響，以確保期間的良好運行，起到機械保護和電氣互連的作用，對電子器件的性能有重要影響。近年來隨著半導體技術的發展，尤其是寬帶隙半導體材料的出現，如SiC，GaN等，具有高擊穿電場、高熱導率和極佳的抗輻射能力，使電子器件可以在高溫、高頻和大功率下工作。然而，傳統的焊料互連容易出現孔洞等缺陷及疲勞失效而影響功率器件的功能，嚴重情況下導致功率器件失效。

與此對照，納米銀膏作為一種新型綠色無鉛化連接材料，具有良好的機械性能、導電及導熱性能，工作溫度高，可克服傳統焊料互連的缺陷，滿足大功率電力電子器件的高溫封裝要求，正引起電子行業學者和工程師們的廣泛關注，已有關于納米銀膏的研究工作展開，且取得了不同程度的進展，但普遍存在燒結溫度(>250℃)較高、燒結時間長等問題。

目前對納米銀膏連接材料的研究仍處于初期階段，尤其針對大面積器件的連接研究主要集中在熱壓燒結工藝及其力學性能評價方面，現有的對納米銀膏的燒結工藝主要集中在熱壓燒結上，采用的是外部加熱的方式。此外，也有研究人員成功利用電流燒結技術連接裸銅基板，或利用超聲輔助無壓燒結形成致密接頭。由于傳統熱壓燒結實現納米銀膏的燒結連接工藝比較復雜，完成燒結所需時間較長，效率較低。相應地，本領域存在發展一種能夠提高效率的適用于電子封裝的燒結方法的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種新型納米銀膏及其制備方法、及燒結方法，其基于現有的燒結工藝，對納米銀膏進行研究及設計以利用自蔓延材料反應的熱量來輔助燒結。所述新型納米銀膏利用自蔓延粉發生自蔓延反應產生的熱量來輔助燒結，提高了燒結速度及工作效率；此外，所述新型納米銀膏的制備簡單，工藝條件易于達到，所需材料易于獲得。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種新型納米銀膏的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

(1)將納米級或者微米級的能夠發生自蔓延反應的金屬粉末及丙酮放入容器內進行攪拌直至所述丙酮揮發完以得到混合均勻的自蔓延粉，并將所述自蔓延粉進行真空干燥；

(2)將納米銀粉及步驟(1)所得到的自蔓延粉所組成的混合物中加入有機載體及有機溶劑后混合均勻以得到混合納米銀膏預備體，并將所述混合納米銀膏預備體以預定溫度進行恒溫水浴加熱，使所述有機溶劑揮發，由此得到新型納米銀膏；或者，將所述自蔓延粉加入現有納米銀膏中進行攪拌以獲得所述新型納米銀膏。

進一步地，所述自蔓延粉為獨立的能夠發生自蔓延反應的粉體材料或者復合自蔓延粉末，所述粉體材料為能夠發生自蔓延反應的Ti、Ni、Al、Zr及Nb粉末中的兩種以上，所述復合自蔓延粉為已復合的Al/Ni、Al/Ti、Ni/Si、Ni/Ti、Al/Zr及Nb/Si中的一種或者幾種。

進一步地，所述自蔓延粉的質量與所述納米銀粉的質量之比為(0.01～0.2)：(0.8～0.99)；所述自蔓延粉的質量與所述現有納米銀膏所含有的納米銀的質量之比為(0.01～0.2)：(0.8～0.99)。