[发明专利]一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法。低温烧结混合型导电银浆包括导电银粉和有机载体；导电银粉占50‐95wt％，有机载体占5‐50wt％；导电银粉含有20‐60wt％微米级片状银粉、5‐40wt％亚微米级球形银粉和20‐60wt％纳米级球形银粉；有机载体含有3‐30wt％的粘结剂、40‐97.9wt％的溶剂和0.01‐30wt％的其它添加剂。本发明微米银粉与亚微米银粉表面改性的方式可以使改性后表面分散剂的分解温度与此类型的水基离子型分散剂的分解温度相适应，从而实现混合银浆的低温烧结。

技术领域

本发明涉及一种导电银浆，具体涉及一种芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法，特别适用于高功率芯片封装及导电线路的形成；属于电子封装材料领域。

背景技术

近年来随着大功率半导体元器件应用的不断扩大，对电子封装互连材料提出了更高的要求。大功率芯片，如碳化硅和氮化镓的使用温度很高，且电流密度较大，即要求互连材料可以承受超过200℃的使用温度，并能够承受高的电流密度。在这样的使用条件下，电子封装领域传统的锡铅钎料与无铅钎料均不能满足这样的使用条件。而纳米银以其极高的表面能，可以使得含有纳米银的导电浆料在实现低温烧结，高温服役，其烧结温度可低至250℃，甚至室温，而其烧结后形成的银焊点，再次熔化温度理论上可达到961℃(银的熔点)。并且银具有高的热导率与电导率，抗腐蚀以及抗蠕变的性能，且在服役过程中不存在固态老化现象，因此特别适用于大功率半导体产品。

在导电浆料中，将微米级与纳米级的银粉进行混合，以微米银粉作为结构支撑，以纳米银粉填充缝隙，在缝隙中实现烧结。在仅使用于纳米银的纳米银浆中，由于纳米银超高的表面能，导致剧烈的收缩，存在极大的内用力，容易引起裂纹与龟裂，严重恶化了纳米银浆烧结银焊点的力学性能与电学性能。而微米银与亚微米银粉的引入，可以减小这种内应力的产生，而使得烧结后形成的银焊点具有比纳米银浆烧结后形成的银焊点更加致密的结构，从而具有更加优异的力学性能、电学性能和导热性能。同时混合银浆与纳米银浆相比，混合银浆的纳米银粉的用量小，使得原料成本被降低。

微米银、亚微米银与纳米银混合制备导电银浆可以充分利用不同粒径和形貌的配合，使银粉在结构上形成更加致密堆积的状态。中国发明专利申请CN105632588A使用片状微米银粉、球形亚微米银粉与纳米银粉混合制备导电银浆，但是由于树脂基体的引入使其无法在高温下使用；中国发明专利申请CN 102592710 A使用了微米银粉与亚微米银粉混合制备导电银浆，但是由于玻璃相的引入使其烧结温度高于850℃。过高的温度将对芯片与基板造成严重的损伤并使器件失效；且高温烧结时导电银浆与基板与芯片之间因热膨胀系数失配带来的内应力将急剧增大，从而加速了烧结焊点失效严重影响了导电银浆烧结焊点的可靠性。

为了实现低温烧结，针对纳米银粉现有技术选用离子型的有机分散剂，该类分散剂与非离子型的有机分散剂相比，具有更低的分解温度和更加稳定的分散效果。如中国发明专利申请CN 105414556A使用柠檬酸钠作为分散剂，在去离子水中合成制备的纳米银粒子，烧结温度可降低至200℃以下，并通过减薄技术提高了纳米银浆的导热性能。但因为在制备混合导电银浆的过程中，需要添加粘结剂及一些其它的有机添加剂，以实现良好的烧结性能，而这些粘结剂及有机添加剂要溶解在有机溶剂中，是这种类型的分散剂在有机溶剂中很难电解，而失去了双电层的分散优势，而使得包覆有离子型分散剂的纳米银粒子在有机溶剂中易于聚集沉降、分散性差、发生与微米银粒、亚微米银混合不均匀的现象。因而该类离子型的分散剂在微米、亚微米、纳米混合银浆的制备中的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供了一种烧结温度低于250℃且分散均匀，成本低，致密度高，孔隙率低至2.2％的芯片封装用低温烧结混合型导电银浆及其制备方法；