[发明专利]一种快速制备低温连接高温服役接头的方法

说明书

一种采用珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏快速制备低温连接高温服役接头的方法，本发明涉及连接材料制备领域。本发明要解决现有制备工艺生产的接头服役温度低及生产效率低的技术问题。方法：制备珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物；制备珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏；涂敷在基板上，然后放置待连接电子元器件；烧结。本发明利用了珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物的特殊结构，可以减少后续烧结时间，珊瑚状结构的末梢还保留了纳米材料的烧结驱动力，实现低温连接，具有低温连接高温服役、工艺简单、效率高、成本低的优势。本发明制备的低温连接高温服役接头用于大功率电子元器件的封装和组装互连。

技术领域

本发明涉及连接材料制备领域。

背景技术

微电子封装连接技术是电子元器件封装、大功率组件封装的核心技术之一。第三代半导体如碳化硅和氮化镓等器件，相较于传统的硅基器件具有更大的禁带宽度和击穿场强，更高的热导率、熔点和电子流速，已广泛应用在高电压、高频率和高温领域。为了满足第三代半导体器件在高压、高频和高温下的可靠应用，需要有与之相应的热、电、力性能良好的封装材料。常用的芯片-基板互连材料（Sn基钎料合金或导电胶）由于具有较低服役温度，不能满足高温服役的封装要求。

纳米铜烧结温度相对较低，导热导电性能良好，烧结接头可以在较高的温度下工作，然而其制备工艺严苛，往往需要采取一些保护措施来防止纳米铜的氧化；而纳米银焊膏烧结温度低，抗氧化能力强，但是其较强的电迁移和化学迁移问题突出，容易发生失效影响电子产品可靠性，同时其价格昂贵，限制了其商业化的应用。

在传统的电子封装中，一般情况下，Sn基钎料与基板之间能够实现互连的前提是钎料能够与基板之间发生反应，在界面处生成铜锡金属间化合物，而金属间化合物具备高强度、高硬度、高熔点、抗蠕变、抗氧化等特点，使其非常适合作为大功率器件的连接材料，满足高温服役的要求。为了解决上述问题，目前主要通过Cu基板/Sn薄膜/Cu基板热压扩散的方法形成全铜锡纳米金属间化合物接头，但是其制备工艺通常需要数小时才能完成，生产效率低下，不利于工业化生产。

发明内容

本发明要解决现有制备工艺生产的接头服役温度低及生产效率低的技术问题，而提供一种采用珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏快速制备低温连接高温服役接头的方法。

一种采用珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏快速制备低温连接高温服役接头的方法，具体按以下步骤进行：

一、采用水热法制备珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物；

二、按质量将2~10份粘结剂、2~8份稀释剂、2~8份助焊剂和80~90份步骤一制备的珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物混合，然后进行均匀分散，再挥发除掉稀释剂，获得珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏；

三、采用钢网印刷方法将步骤二制备的珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物焊膏涂敷在基板上，然后放置待连接电子元器件；

四、将步骤三处理后的基板放入热压烧结炉中，控制加热速度为4～10℃/min，加热至120～140℃进行低温预热保温工序，然后控制加热速度为5～10℃/min，加热至烧结温度并施加压力，进行烧结工序，再随炉冷却至室温，得到低温连接高温服役接头。

进一步的，步骤一中珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物为Cu₆Sn₅、Cu₃Sn或Cu₁₀Sn₃，珊瑚状预烧结骨架尺寸为70~90nm。

进一步的，步骤一中水热法制备珊瑚状预烧结铜锡纳米金属间化合物按以下步骤进行：

A、将SnO 加入到浓度为5~8mol/L的氢氧化钾溶液中，在冰浴环境下进行磁力搅拌至溶解完全，再加入前驱体铜盐，冰浴下磁力搅拌10～15min，获得混合液；