[發明專利]一種銀粉表面改性方法、銀焊膏及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210356303.1
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114799615A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 李俊杰;沈興旺;趙濤;徐亮;孫蓉
• 申請（專利權）人: 深圳先進電子材料國際創新研究院
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/40;B22F1/102;B22F1/065;B22F1/068
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發明提供了一種銀粉表面改性方法、銀焊膏及其制備方法和應用，本發明的銀粉表面改性方法，包括以下步驟：將銀粉置于第一溶劑中分散后，分離得到濕潤銀粉；將包覆劑、第一溶劑以及濕潤銀粉混合后分散，分離得到表面包覆濕潤銀粉；將表面包覆濕潤銀粉與第二溶劑混合后分散，經過冷凍、干燥得到表面改性銀粉，完成對銀粉表面改性；其中，包覆劑為硫醇類有機包覆劑。本發明通過硫醇類有機包覆劑對銀粉進行表面改性，來防止納米銀粉體容易團聚并提升鍵合強度。本發明的銀焊膏燒結形成的連接層的連接界面的結合度良好且均勻致密，在300℃下燒結，其剪切強度就能達到10MPa以上，能夠很好地應用于電子器件的封裝互連。

技術領域

本發明涉及電子封裝技術領域，尤其涉及一種銀粉表面改性方法、銀焊膏及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新型電子領域的快速發展，例如航空航天，新能源汽車，高速鐵路，顯示器，射頻電子等，對于其能源的高效利用，微型化封裝以及高溫器件應用的需求日益增加，硅基器件已經不能滿足工作要求。與傳統的硅基半導體相比，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬帶隙半導體器件，具有更高的工作溫度和擊穿電壓，更低的開關損耗，并能承受更高的電流密度等優點而受到廣泛關注。相比于傳統硅基半導體在高溫應用下的不穩定，寬帶隙半導體在高溫下(超過250 ℃)也可以實現工作的高可靠性，能夠滿足功率器件的高溫應用需要。芯片封裝互連技術是功率電子器件封裝中的關鍵技術，它直接影響到功率電子器件的熱性能、電氣性能和可靠性。目前，無鉛軟焊料，如錫銀、錫鋅和錫銅，是電子工業中常用的封裝互連材料，但是以這些材料作為互連層，在高溫的工作環境下容易因為焊點融化失效。因此，電子工業界迫切需要開發適合于寬帶隙半導體器件封裝的互連材料,以解決與高溫工作器件散熱、可靠性等有關的問題。

在寬帶隙半導體封裝領域，燒結銀由于具有優異的導熱性、導電性和良好的高溫穩定性，受到研究者的廣泛關注。與傳統的焊接工藝不同，燒結銀鍵合技術是通過溶劑潤濕、蒸發和固體擴散過程形成的，燒結結束后表現出納米或微米級的孔隙結構。有綜述論文報道了燒結過程中的燒結溫度、壓力和保溫時間對燒結銀顆粒的微觀結構都有影響，并且燒結銀的結合質量在很大程度上取決于銀粉體的大小和形狀。微米銀的表面能較低，在低溫、無壓條件下不能獲得滿意的燒結質量，為了達到滿意的燒結質量，需要在有壓條件下燒結，這就增加了造成鍵合時芯片損害的概率。因此，利用納米銀粉體實現高質量的無壓燒結得到了廣泛研究。當銀粉體達到納米尺度時候會出現小尺寸效應，其熔點及燒結溫度會顯著降低。這種小尺寸意味著比表面積更大，在燒結過程中不必要達到其熔點也能夠利用表面積縮小所帶來的驅動力來實現原子間的擴散，從而實現低溫燒結互連的效果。

金屬的塊體銀具有很高的熔點961.8℃，納米銀一旦燒結完成，其熔點將會接近于塊體銀，擁有非常好的高溫穩定性能。但是在納米銀應用到燒結焊膏的過程中會有大量仍需解決的問題。比如在其尺寸小于一定的值的時候其表面能會變的非常高，高表面能會導致其納米銀在室溫狀態下就會自發團聚，并且造成不均勻分散。團聚的后的納米銀可能會形成微米級的團聚體，減小了表面能，從而降低了納米銀的燒結驅動力，失去其作為納米粒子的有助于燒結的作用。因此，防止納米銀粉體在室溫下自發團聚，對其表面改性來防止團聚，成為亟待解決的問題。

除了納米銀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。目前大部分的焊膏配方是單溶劑體系。但是單溶劑體系容易在某個溫度點大量快速的分解揮發，這種情況會導致燒結銀內部空洞過多甚至開裂，造成燒結質量下降。

基于目前的納米銀應用于燒結焊膏存在的缺陷，有必要對此進行改進。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種銀粉表面改性方法、銀焊膏及其制備方法和應用，以解決或部分解決現有技術中存在的問題。

第一方面，本發明提供了一種銀粉表面改性方法，包括以下步驟：

將銀粉置于第一溶劑中分散后，分離得到濕潤銀粉；

將包覆劑、第一溶劑以及濕潤銀粉混合后分散，分離得到表面包覆濕潤銀粉；