[發明專利]一種改善銀電遷移的納米Ag-SnO2

有效

• 申請號: 202010061699.8
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111230353B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 陳靜;劉盼;張靖;葉懷宇;張國旗
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: B23K35/14
• 分類號: B23K35/14;B23K35/30;B23K1/00
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發明提供了一種改善銀電遷移的納米Ag?SnO₂焊膏制備方法及其應用，包括以下制備步驟：S1.將氧化錫顆粒與稀釋劑充分混合得到第一混合物；S2.將納米銀顆粒與稀釋劑，粘合劑，表面活性劑混合后得到第二混合物；S3.將所述第一混合物加入第二混合物中，攪拌均勻，離心制得Ag?SnO₂納米焊膏。通過添加氧化錫改變納米銀互聯材料的氧分壓，減少電遷移現象的產生；銀和錫原子生成的Ag₃Sn阻礙銀電遷移，從而延長電子封裝互連材料的使用壽命；本發明工藝流程簡單，成本低，適用于工業應用。

技術領域

本發明涉及電子封裝芯片互連先進材料領域，尤其涉及一種改善銀電遷移的納米Ag-SnO₂焊膏制備方法及其應用。

背景技術

隨著電子科學技術的快速發展，人們對于電子電力器件的性能要求不斷的提升。寬帶隙半導體功率芯片例如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)由于其在高溫大功率或者高散熱應用條件下的優勢得到了迅速地發展。而其工作的高溫條件(高于250℃)對傳統封裝工藝提出了極大挑戰。因此，研究寬禁帶半導體功率器件的芯片互連級封裝對其在高溫下的應用尤為重要，而這根本就需要研究和開發一種具有良好熱、電、機械性能以及高溫可靠性能的芯片互連材料。近年來國內外提出用納米金屬燒結封裝電子芯片的方案引起了廣泛關注，其基本原理是利用納米金屬顆粒的高表面能、低熔點特性來實現低溫低壓燒結封裝。基于此原理，納米銀膏低溫燒結連接成為近年的研究熱點。納米銀膏燒結封裝具有低溫低壓燒結特性，且燒結層理論上可耐960℃以下的高溫，同時銀具有良好的導電導熱及延展性，故可用于高溫電子產品的封裝。然而納米銀焊膏在其使用過程中產生的電遷移現象影響了其發展。

研究發現，納米銀焊膏中的氧分壓對于銀的電遷移有很大的影響作用。錫金屬材料是使用最為廣泛的材料，然而隨著電子行業的發展，高溫芯片的不斷發展，錫較低服役溫度限制了其發展，而氧化錫是一種穩定的導電材料，被用作工業摻雜材料。本發明解決的技術問題：減少納米銀焊膏在使用過程中因電遷移而發生電流泄露造成封裝失效現象。

發明內容

本發明要解決現有方法制備的納米銀的高成本及錫焊膏燒結材料的服役溫度問題而提供了一種改善銀電遷移的納米Ag-SnO₂焊膏制備方法，包括以下制備步驟：

S1.將氧化錫顆粒與稀釋劑混合得到第一混合物；

S2.將納米銀顆粒與稀釋劑，粘合劑，表面活性劑混合后得到第二混合物；

S3.將所述第一混合物加入第二混合物中，攪拌均勻，離心制得Ag-SnO₂納米焊膏；

所述氧化錫顆粒的質量與稀釋劑的質量比為1:1～2.5；

Ag-SnO₂納米焊膏中銀的質量百分數為98.90％～67.92％；

第一混合物的質量占第一混合物和第二混合物總質量的質量百分數為 0.09％～39.76％。

氧化錫的電導率隨著溫度的增加而升高，氧化錫由于晶體中的氧空位缺陷而呈現N型半導體性質，溫度升高，載流子運動速度加快，因而電導率增加，且其導熱性好，化學性質穩定，可以作為新型的高溫芯片互連材料。

優選地，所述氧化錫顆粒尺寸為20～100nm，所述納米銀焊膏的顆粒尺寸為20～100nm。

納米銀焊膏與納米二氧化錫粒徑保持相似，利于其混合物性能的體現；銀的電遷移與氧的分壓緊密相關，例如Ag-SnO₂中的氧化錫對銀的電化學遷移有減緩作用，能有效改善銀的電遷移。

優選地，所述稀釋劑選自松油醇，乙醇，乙二醇，異丁醇中的一種或幾種混合物。

添加稀釋劑是為了調整焊膏的粘度以便于納米Ag-SnO₂焊膏的涂敷、印刷。