[发明专利]一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏制备及封装方法，该材料内部以微米的球形颗粒为基体，纳米颗粒均匀地填充其中，提供烧结驱动力使得材料整体在低温下无压烧结成型。其制备方法包括：S1制备特定尺寸的微米颗粒并进行酸洗、烘干；S2将微米颗粒粉末与表面活性剂、有机载体和有机溶剂机械搅拌，获得混合物A；S3将金属纳米颗粒与分散剂、有机载体和有机溶剂充分混合得到混合物B；S4将混合物A和混合物B混合得到微纳米混合焊膏。该焊膏解决了纳米焊膏在烧结时体积收缩、产生裂纹的问题，提高了焊点可靠性，可用于功率器件的封装制造。该方案简化了焊膏的生产工艺，制备过程绿色环保，提出的封装方法简单实用，利于市场推广。

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，更具体涉及一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法。

背景技术

随着微电子产业技术的更新，电子产品中的功能器件不断向小型化、高集成度的方向发展。由此带来了更高的封装密度与能量密度，对软钎焊互连材料提出了更高的力学性能与散热要求。尤其在深井探测、新能源汽车、军事雷达等领域，器件面临着高温、高频振动等复杂的服役环境，传统的锡基互连钎料已经无法满足该使用要求。因此急需开发新的耐高温互连材料与相应的互连工艺。

以SiC、GaN为代表的新一代功率半导体，具有高击穿电压、宽禁带宽度、优异的热稳定与稳定的开关特性等优点，在600℃时依然可以持续工作。为了匹配该服役温度，瞬时液相焊接与低温烧结互连技术分别被用于全金属间化合物焊点与纳米烧结焊点的成型。其中，全金属间化合物脆性大、热导率较低、可靠性差的缺点，限制了其在高温互连中的应用。

以烧结纳米银膏为代表的低温烧结互连材料，具有着高热导率、低温连接、高温服役、高可靠性等优势。

例如，CN104741821A公开了一种用于电子模块高温封装微纳米铜颗粒填充Sn基焊膏及其制备方法，所述微纳米铜颗粒填充Sn基焊膏按质量比由铜锡微纳米颗粒80～90、分散剂2～8、助焊剂2～8、触变剂2～8制成，采用直接液相多元顺序可控还原方法顺序还原出微纳米铜、微纳米锡，同时实现微纳米铜锡颗粒的高度均匀化混合，将制备得到的混装铜锡微纳米颗粒与分散剂、助焊剂、触变剂等混合，通过混装分散工艺制成焊膏。该方案的封装材料存在抗氧化性能较差的问题，而助焊剂的添加会带来后期焊点清洗等复杂工艺并引发一定的环境污染。此外，使用该材料制备的焊点组织为全IMC(金属间化合物)结构，IMC具有脆性大，导热导电性能较烧结银组织有较大的差距。

CN104759725A公开了一种使用微纳米级金属颗粒填充Sn基焊料实现电子组件高温封装的方法，步骤如下：步骤一：制备微纳米金属颗粒，将其与分散剂、粘结剂、稀释剂以及助焊剂混合；步骤二：将微纳米金属颗粒混合物与纯Sn或Sn基焊膏均匀混合；步骤三：将微纳米级金属颗粒填充Sn基焊膏放置于基板上，完成待焊部件对准过程，并施加压力；步骤四：将以上体系放入回流炉中，经历预热阶段、保温阶段、再流阶段、冷却阶段。该专利采取了热压工艺实现焊点成型，而加压会增加工艺的复杂度并且可能会对芯片造成机械损伤。此外，该焊点存在脆性大、易产生孔洞等问题，在后期高温服役时容易因为热机械应力的聚集而产生裂纹，降低焊点的可靠性。

然而，纳米银焊膏原始堆垛密度较低，烧结时会产生大量的体积收缩，在无压焊接时易出现裂纹，导致焊合率下降、机械强度低的问题。现有的纳米银膏烧结多使用压力辅助，使用无压工艺时往往存在接头力学性能较差、界面焊合率低等问题。而目前的芯片焊接与器件封装多数要求使用无压工艺，防止压力对焊接器件的损伤并降低工艺复杂度，因此急需开发拥有良好烧结性能的无压银焊膏。此外，基于液相还原法所制得的纳米银存在产量低、工艺复杂等问题，不利于银膏的大规模制备。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法，旨在解决现有纳米银膏在无压烧结时堆垛密度低、体积收缩明显、表面裂纹、制备成本高、产量低等问题。