[发明专利]一种复合焊膏的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合焊膏的制备方法，属于电子封装连接材料技术领域。该复合焊膏按重量份计包括以下原料：银包铜核壳微/纳米混合颗粒80～90份、分散剂A2～8份、粘结剂2～8份、稀释剂2～8份、助焊剂2～8份。其中含有的银包铜核壳微/纳米混合颗粒采用一步液相还原法制备出微米和纳米混合的异种尺度铜颗粒，随后通过化学镀制备而成，具有制备方法简单，成本相对较低、生产效率高的特点，制成焊膏后，纳米颗粒超高的比表面能为其烧结连接过程提供更大的烧结驱动力，并且可以显著降低烧结温度，有效克服微纳米铜易氧化的缺点，具有开发潜能和应用场景。

技术领域

本发明涉及电子封装连接材料技术领域，特别是涉及一种复合焊膏的制备方法。

背景技术

随着各国大力发展集成电路产业，不仅要求半导体能够在高温、高功率、高压等条件下服役，还针对半导体的封装密度提出了更高的要求，但现有的封装连接材料基本无法满足需求，一方面是传统钎料不能在高温下服役，如锡基钎料熔点小于300℃，较高温度下，焊料与金属基板间的金属间化合物会产生裂纹甚至熔化；另一方面是其他高温钎料，如金基焊料不仅耗能、价格昂贵，还会导致高残余应力，甚至损坏封装体系，并不适用于大规模的商业生产，所以传统的封装连接材料亟待更新。

近些年的研究成果表明，纳米材料超高的比表面积和表面能，使其可以在低温(远低于相应块体材料的熔点)下完成烧结融合，而融合后的纳米材料不再具有纳米材料的特点，反而具备块体材料的特点。可以在高温(高于烧结温度，甚至可达400℃)下工作，即纳米材料具有低温烧结、高温服役的显著优点，可用于多级封装连接以及在高温下服役的半导体封装连接。

其中，银纳米焊料和铜纳米焊料是最有可能应用于高温和高密度半导体中的封装连接材料，但银纳米颗粒存在成本偏高、抗电迁移和化学迁移能力差的问题，不利于大规模商业应用；铜纳米颗粒具有价格优势，符合工业的可持续发展要求，而且具有较强的抗电迁能力，烧结所得接头具有与烧结纳米银相似的物理性能，但由于其容易被氧化，导致储存难度大、烧结条件苛刻等问题。而如何实现焊料的简单快速制备，并有效提升焊料的性能成为本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合焊膏的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过两步法制备银包铜核壳微/纳米混合颗粒，进而制得以银包铜核壳微/纳米混合颗粒为主要成分的复合焊膏，该复合焊膏不仅具有抗氧化的特性，而且制备方法简单，成本相对较低、生产效率高，具有开发潜能和应用场景。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：一种银包铜核壳微/纳米混合颗粒，包括银包铜核壳微米颗粒和银包铜核壳纳米颗粒，所述银包铜核壳微/纳米混合颗粒中铜和银的摩尔比为10:1～1:10。

进一步地，述混合颗粒中银包铜核壳微米颗粒和银包铜核壳纳米颗粒的体积比为1:1～1:6。

本发明的技术方案之二：一种银包铜核壳微/纳米混合颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)在分散剂和还原剂的混合溶液中滴加金属铜盐溶液，滴加完成后持续油浴搅拌反应，离心得到沉淀产物A；

(2)将沉淀产物A再次加入水溶液后加入还原剂，在油浴锅中加热搅拌一段时间，然后滴加银盐溶液，滴加完成后持续搅拌反应5～30min，离心得银包铜核壳微/纳米混合颗粒。

进一步地，所述金属铜盐包括CuCl₂、Cu(NO₃)₂和CuSO₄中的一种或多种；所述分散剂包括柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；

所述还原剂包括水合肼、次亚磷酸钠、抗坏血酸和硼氢化钠中的一种或多种；

所述银盐包括硝酸银、醋酸银和硫酸银中的至少一种；