[發明專利]納米銀焊膏及其制備方法和在芯片封裝互連結構中的應用

在審

• 申請號: 202011297959.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112475662A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 朱朋莉;王春成;李剛;孫蓉;張黛琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B23K35/24
• 分類號: B23K35/24;B23K35/40;B23K35/362
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進

本發明提供了一種納米銀焊膏及其制備方法，所述納米銀焊膏包括相互混合的片狀納米銀和有機溶劑載體，所述有機溶劑載體為選自乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、β?萜品醇、γ?萜品醇和δ?萜品醇中的任意兩種以上的混合物，其中任意一種有機溶劑的體積百分比不小于20％；所述納米銀焊膏的制備方法包括：提供片狀納米銀和有機溶劑載體，將片狀納米銀和有機溶劑載體攪拌混合，制備獲得所述納米銀焊膏。本發明還提供了所述納米銀焊膏在芯片封裝互連結構中的應用。本發明提供的納米銀焊膏，具有低溫燒結的性能，能夠很好地應用于低溫焊接高溫服役的電子封裝領域，該焊膏燒結形成的連接層剪切強度高、連接界面的結合度良好，連接層均勻致密。

技術領域

本發明屬于高功率電子器件封裝技術領域，具體涉及一種納米銀焊膏及其制備方法，還涉及如前所述的納米銀焊膏在芯片封裝互連結構中應用。

背景技術

自動駕駛、航空航天、高速鐵路和油氣勘探等領域所需要的工作環境越來越惡劣，相應的對于芯片的要求也越來越高。傳統的硅基芯片已經不能滿足這些領域中特定環境下的需求。為此，研究人員把目光投向了寬禁隙半導體(例如SiC和GaN)，它們能很好地滿足現階段人們對高性能芯片的需求。

寬禁隙半導體(例如SiC和GaN)在高功率電器中有非常廣泛的應用前景，它們能夠在高于250℃的情況下進行正常的工作而且還具有非常高的擊穿電壓和工作頻率。傳統的錫鉛焊料的熔點比較的底，為230℃左右，因此在超過的250℃的情況下，傳統的焊料已經不能夠勝任。最近納米銀顆粒被認為是非常潛力的耐高溫芯片互聯材料和下一代高功率器件封裝材料，燒結后的銀熔點為961.8℃，這是其能夠高溫服役的基礎。

對于納米銀材料，要想達到在低溫下的燒結就要減少其尺寸增加其表面能。目前已經有許多的研究在關注如何降低納米銀的尺寸，但是在納米銀的尺寸降低到一定程度的時候，高比表面積使得其表面的包覆劑變的非常厚從而使得其燒結性能下降，例如剪切強度會明顯下降。在封裝互連應用方面，連接層的剪切強度是非常重要的參數，目前的納米銀焊膏的剪切強度較低，已有的報道顯示，粒徑為300nm左右的球形納米銀顆粒在燒結后，其剪切強度小于10MPa。

另外，除了納米銀的尺寸會影響焊膏的燒結性能，焊膏的溶劑也是一個非常重要的影響因素。目前大多數的焊料配方是單溶劑體系，但是單溶劑體系容易在某個溫度點大量快速的揮發，這種情況會導致燒結形成的連接層的內部空洞過多甚至開裂，致密性較差。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供一種納米銀焊膏及其制備方法和應用，以解決現有的納米銀焊膏在燒結形成連接層后剪切強度較低且致密性較差的問題。

為實現上述發明目的，本發明的一方面是提供了一種納米銀焊膏，所述納米銀焊膏包括相互混合的片狀納米銀和有機溶劑載體，所述有機溶劑載體為選自乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、β-萜品醇、γ-萜品醇和δ-萜品醇中的任意兩種以上的混合物，任意一種有機溶劑的體積百分比不小于20％。

優選地，所述片狀納米銀為三角片狀納米銀和/或六角片狀納米銀。

優選地，所述片狀納米銀的粒徑為100nm～700nm，厚度為20nm～40nm。

優選地，所述有機溶劑載體為選自乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、β-萜品醇、γ-萜品醇和δ-萜品醇中的任意兩種的混合物，所述有機溶劑載體中任意一種有機溶劑的體積百分比不小于40％。

優選地，所述片狀納米銀和所述有機溶劑載體的質量之比為2～10：1。

本發明的另一方面是提供一種如上所述的納米銀焊膏的制備方法，其包括：提供所述片狀納米銀和所述有機溶劑載體，將所述片狀納米銀和所述有機溶劑載體攪拌混合，制備獲得所述納米銀焊膏。

優選地，所述制備方法還包括：采用液相還原法制備獲得所述片狀納米銀。

優選地，所述采用液相還原法制備獲得所述片狀納米銀具體包括：