[發(fā)明專利]混合尺寸納米銅膏及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010462689.5
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111446045B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀會軍;林卓賢;王志剛;趙朝輝;張富文;張江松;劉建;朱捷;張煥鹍;朱學(xué)新;安寧;李志剛;徐蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京康普錫威科技有限公司
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B1/22;H01L23/532;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發(fā)明提供了一種混合尺寸納米銅膏及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：將經(jīng)過包覆處理的多種不同粒度分布的納米銅顆粒加入分散劑中，并控制所述納米銅顆粒在單位時間內(nèi)添加的流量為10～100g/s；通過高速剪切乳化分散使所述納米銅顆粒分散到分散劑中，形成均勻、穩(wěn)定的納米銅膏體；使所述納米銅膏體內(nèi)所述分散劑中易揮發(fā)組分揮發(fā)，得到納米銅膏。該方法將經(jīng)過包覆處理的不同粒度分布的納米銅顆粒加入分散劑中，通過高速剪切乳化分散，獲得均勻、穩(wěn)定的納米銅膏體，其中納米銅粉顆粒占銅膏體總質(zhì)量的90％及以上，成功解決了傳統(tǒng)方法中存在的納米銅顆粒分散不均勻、納米銅膏體穩(wěn)定性差等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及互連材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合尺寸納米銅膏及其制備方法。

背景技術(shù)

IGBT大功率模塊等功率半導(dǎo)體器件需要在較高服役溫度下仍具有良好的轉(zhuǎn)換特性和工作能力，封裝將影響器件的性能和長期可靠性，互連材料不僅實現(xiàn)器件內(nèi)部芯片與基板之間的封裝連接，同時還提供機械支撐、散熱通道和電學(xué)互連。隨著功率半導(dǎo)體器件的小型化、低功耗、高溫高壓的發(fā)展趨勢，對互連材料也提出了更苛刻的性能需求。

傳統(tǒng)封裝高溫互連材料為錫鉛合金，由于鉛具有毒性等缺點，歐盟提出封裝材料無鉛化倡議，因此互連材料開始向無鉛化發(fā)展。之后發(fā)展出具有代表性的SnAgCu合金無鉛釬料成為主要互連材料，但是隨著電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和范圍的擴(kuò)大，服役條件越發(fā)嚴(yán)苛，無鉛釬料開始出現(xiàn)應(yīng)用的局限性，在高溫條件下，連接層極易發(fā)生蠕變疲勞損傷，最終導(dǎo)致失效。納米金屬顆粒是后來發(fā)展出的互連材料，因為納米尺寸效應(yīng)，金屬粉體顆粒可在較低溫度下實現(xiàn)燒結(jié)，且燒結(jié)后的連接層具有宏觀金屬的性能，可在較高溫度下服役，因此受到普遍關(guān)注，而其中受關(guān)注最多的則是納米銀漿料及納米銀膏。但是因為銀具有較強的電遷移性能，易發(fā)生失效，影響可靠性，并且成本較高，限制了其產(chǎn)業(yè)化以及大規(guī)模應(yīng)用。近年來，納米銅互連材料越來越受到關(guān)注，因為銅的成本較低、導(dǎo)電導(dǎo)熱能力強、抗電遷移，因此納米銅漿料和納米銅膏逐漸成為行業(yè)內(nèi)研究的對象。

然而銅的抗氧化能力較弱，在制備納米銅漿料或納米銅膏時，易氧化、易團(tuán)聚，導(dǎo)致制備的漿料或膏體中，納米銅顆粒分散不均勻，穩(wěn)定性差，進(jìn)而導(dǎo)致燒結(jié)后的連接層孔隙率大，連接強度弱，影響產(chǎn)品的可靠性。目前常用的制備方法包括超聲分散法、高頻震蕩法、磁力攪拌法、機械攪拌法、研磨法、溶液還原法等方法，均未能解決納米顆粒分散不均勻的問題。

另外，為降低燒結(jié)后連接層的孔隙率，提高致密度，采用不同尺寸納米金屬顆粒制備膏體成為一種新的趨勢。已公開的中國發(fā)明專利CN201910265529.9采用物理沖擊的方法將小尺寸納米金屬顆粒打入大尺寸納米金屬膏體中，以制備混合納米尺寸金屬膏體。但該方法效率較低，且仍無法確保不同尺寸納米金屬顆粒分散分布的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種混合尺寸納米銅膏及其制備方法，該制備方法將經(jīng)過包覆處理的不同粒度分布的納米銅顆粒加入分散劑中，通過高速剪切乳化分散，獲得均勻、穩(wěn)定的納米銅膏體，其中納米銅粉顆粒占銅膏體總質(zhì)量的90％及以上，該制備方法避免了傳統(tǒng)方法的不足，成功解決了傳統(tǒng)方法中存在的納米銅顆粒分散不均勻、納米銅膏體穩(wěn)定性差等問題，同時該方法設(shè)備簡單、工藝流程短、效率高、成本低、適合工業(yè)化生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種混合尺寸納米銅膏的制備方法。

該混合尺寸納米銅膏的制備方法包括以下步驟：

S1：將經(jīng)過包覆處理的多種不同粒度分布的納米銅顆粒加入分散劑中，并控制所述納米銅顆粒在單位時間內(nèi)添加的流量為10～100g/s；

S2：通過高速剪切乳化分散使所述納米銅顆粒分散到分散劑中，形成均勻、穩(wěn)定的納米銅膏體；

S3：使S2步驟得到的納米銅膏體內(nèi)所述分散劑中易揮發(fā)組分揮發(fā)，得到納米銅膏。

進(jìn)一步的，步驟S1中，所述納米銅顆粒的加入質(zhì)量為所述納米銅膏體總質(zhì)量的90～98％。