[發明專利]一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010696203.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111975011B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 周敏波;吳雪;黃海軍;張新平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/00;H01L23/52;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李本祥

1.一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于包括納米銅制備和銅漿混合兩個步驟：

1)納米銅的制備：將反應液倒入溫度為80-120℃且持續加熱的還原液中，攪拌下反應，反應結束后離心，清洗后得到納米銅顆粒；

所述反應液和還原液中均含有復合包覆劑和有機溶劑；所述反應液由含銅化合物、復合包覆劑和有機溶劑混合而成；所述還原液由還原劑、復合包覆劑和有機溶劑混合而成；所述含銅化合物為五水合硫酸銅、一水合乙酸銅、三水合硝酸銅、氯化銅和氫氧化銅中的一種或多種；所述還原劑為L-抗壞血酸和一水合次磷酸鈉中的一種或兩種；

所述復合包覆劑是由多元酸和胺類添加劑混合而成；所述多元酸為草酸、丙二酸、檸檬酸、抗壞血酸、乙酸、丁酸、乳酸和酒石酸中的一種或多種；所述胺類添加劑為單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-丙醇胺、一異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺和N,N-二乙基乙醇胺中的一種或多種；所述復合包覆劑中多元酸與胺類添加劑的質量比為7:1–1:1；

2)銅漿混合：將制備的納米銅與復配有機溶劑混合；所述復配有機溶劑為乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇和聚乙二醇中的兩種或兩種以上。

2.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述反應液中復合包覆劑濃度為500–1000g/L。

3.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述還原液中復合包覆劑濃度為250-500g/L。

4.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述反應液中含銅化合物濃度為150–400g/L；所述還原液中還原劑濃度為400–550g/L。

5.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述反應液和還原液中有機溶劑為乙二醇。

6.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述反應液中含銅化合物、還原液中還原劑、反應液和還原液中全部復合包覆劑的質量濃度比為1:2:2–4:5:5。

7.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述的攪拌為機械攪拌；機械攪拌的攪拌速率為400–600r/min，攪拌下反應的時間為10-60min，清洗離心速率為3000-6000r/min，離心的時間為1-3min；所述的清洗為乙醇清洗。

8.根據權利要求1所述的一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿的制備方法，其特征在于：所述銅漿的混合為使用行星式重力攪拌機將制備的納米銅與復配有機溶劑混合。

9.一種芯片無壓燒結互連用納米銅漿，其特征在于：其由權利要求1-8任一項所述的制備方法制得；所述的芯片無壓燒結互連用納米銅漿中納米銅質量百分比為70–90％，復配有機溶劑質量百分比為30–10％；其中納米銅顆粒尺寸呈現雙峰分布特征，大顆粒銅的粒徑為120–200nm，小顆粒銅的粒徑為5–20nm，大顆粒銅與小顆粒銅的質量比為1:1–19:1，小顆粒銅緊密地堆積在大顆粒銅周圍，形成納米銅聚集體結構。

10.權利要求9所述的芯片無壓燒結互連用納米銅漿在互連接頭制備中的應用，其特征在于：將所述納米銅漿使用鋼網印刷方法印刷在純銅基板上，納米銅漿厚度為100–200μm，在印刷的納米銅漿上放置模擬芯片，對模擬芯片施加0–0.1MPa的壓力，保壓1–5min，隨后在無壓力輔助的條件下和氮氣氣氛中，于260–300℃燒結10–60min，形成互連接頭；所述的純銅基板與模擬芯片均經過2000#砂紙研磨，3–10vol.％的稀硫酸浸泡，最后用乙醇進行清洗；所述的模擬芯片是鍍銀銅片，鍍層厚度為1–10μm。