[发明专利]一种自放热无压烧结导电银浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自放热无压烧结导电银浆及其制备方法，该自放热无压烧结导电银浆包括以下重量百分比的原料：20％～60％纳米银粉、30％～70％溶剂、2％～10％纳米铝热剂、0.1％～2％分散助剂和0.1％～5％有机载体。本发明在纳米银浆中引入了具有氧化还原放热效应的纳米铝热剂，在200℃～250℃即可引发放热反应，使得该自放热无压烧结导电银浆具有后处理温度低，耐高温、高导热以及高粘结特性，可显著提高封装器件的可靠性，适用于第三代宽禁带半导体芯片的粘结及散热。

技术领域

本发明涉及电子封装材料，尤其涉及一种自放热无压烧结导电银浆及其制备方法。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)为代表的第三代半导体材料，因具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等特性，可实现高压、高温、高频、大功率、抗辐射微波毫米波器件和短波长光电半导体器件，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、5G通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、人工智能、消费类电子等领域有广阔的应用前景，有望突破传统半导体技术的瓶颈，与第一代、第二代半导体技术互补，对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。

宽禁带半导体器件通常会在300℃左右甚至更高温环境下持续工作，要求具有良好的转换特性和工作能力。这对相关的功率芯片封装连接材料和技术也提出了更加苛刻的要求，不仅要具有导通电阻小、导电能力强的突出特点，还要具有足够的高温力学强度和较小的热膨胀失配，以保证在高温环境下连接的可靠性。另外，为了防止高功率密度下热量的积聚，要求芯片连接材料热阻低，散热效率高，以便利于充分发挥连接层材料最大耐温能力。然而，目前常用的芯片无铅互连材料主要是合金焊料或导电胶，但绝大多数无铅焊料和导电胶的可靠工作温度远低于250℃，这严重限制了宽带隙半导体功率电子器件的应用。纳米银浆作为一种新型的绿色无铅封装材料，具有960℃的高熔点，且导电、导热性能优异，可在低温下实现烧结互连，成为宽禁带半导体器件的首选高温电子封装互连材料。但是在连接大面积芯片时，一般需要施加辅助压力来提高烧结驱动力，从而降低烧结温度，限制了纳米银浆的广泛应用。因此，研究可高温应用的大功率宽带隙半导体器件的新型无铅化互连材料和技术就显得十分必要，已经成为当前微电子领域的重要课题。而针对第三代半导体芯片互联材料的高导热、高耐热、高强度需求，低温烧结纳米银浆因为具有高的金属热导率及电导率，烧结后能承受高的工作温度(大于300℃)，具有良好的可靠性，成为当前功率芯片互联的研究热点。

然而，当前纳米导电银浆制备过程中普遍存在纳米颗粒团聚和分散问题以及低温烧结过程存在非致密扩散问题，影响到纳米导电银浆的应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种自放热无压烧结导电银浆及其制备方法，使得该自放热无压烧结导电银浆具有后处理温度低，耐高温、高导热以及高粘结特性，可显著提高封装器件的可靠性，适用于第三代宽禁带半导体芯片的粘结及散热。

一种自放热无压烧结导电银浆，包括以下重量百分比的原料：20％～60％纳米银粉、30％～70％溶剂、2％～10％纳米铝热剂、0.1％～2％分散助剂和0.1％～5％有机载体。

优选地，所述纳米银粉的尺寸优选小于100nm，更优选地，所述纳米银粉的尺寸为5nm～100nm，其形貌为不规则颗粒状或球型。

优选地，所述溶剂为甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、石油醚、四氢呋喃、苯、甲笨、二甲苯、四氯化碳、乙酸乙酯、乙酸丁酯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇单丁醚醋酸酯、松油醇、碳酸二甲酯以及碳酸二苯酯中的至少一种。