[发明专利]一种烧结银膏、制备方法及其应用

说明书

本申请提供一种烧结银膏及其制备方法及其应用，包括：银粉填料、烧结助剂及有机载体，所述的银粉填料的质量分数为50‑95％；所述的烧结助剂的质量分数为0.1‑10％；所述的有机载体的质量分数为3‑35％，其包括有机溶剂、有机树脂、分散剂、流变剂、消泡剂、增稠剂或其它助剂中的至少一种。本申请通过在烧结银膏中添加烧结助剂，提高了银膏体系中微米银粉的烧结性能，从而降低银膏体系中纳米银粉的使用，解决纳米银膏烧结易开裂和微米银膏烧结性能较差的问题，同时也简化了烧结银膏的制备过程，并降低了烧结银膏的制备成本，有利于烧结银膏的大规模生产和应用。

技术领域

本申请涉及电子封装材料技术领域，特别涉及一种烧结银膏及其制备方法及其应用。

背景技术

随着新兴半导体技术的迅速发展，集成电路正在向更加小型化和高度集成化的方向迈进。与之对应，半导体功率器件要求能在高功率密度、高电压、高工作温度和高开关速度下长期工作，这对于半导体功率器件的散热能力、可靠性与电气互连性能提出了更加严苛的要求。在这种条件下，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为典型代表的宽带隙(WBG)半导体功率器件开始大量涌现。它们具有较高的阻断电压、低通态比电阻和比热阻、低开关损耗以及耐高温抗辐照等特点，在250℃的工作温度下仍具有非常良好的转换特性和工作能力。然而，为了实现半导体元器件与基板或者热沉的连接，目前常利用合金焊料或导电胶作为互连材料，但绝大多数合金焊料和导电胶的可靠工作温度远低于200℃。这严重限制了宽带隙半导体功率器件的应用。因此，研究可服役于高温条件下的高功率半导体器件的新型无铅化互连材料和互连技术就显得十分必要。

近年来，能够提供具有优良导电性、导热性和高温稳定性的烧结银浆已经引起了很多研究者的关注。银烧结焊膏的热导率远高于传统锡基焊料，而且烧结银接头的厚度可以控制在10～30μm，可有效降低连接层的热阻。因此，低温烧结银膏被认为是一种最有前途的可以取代传统锡基焊料的芯片粘结材料。在早期阶段，烧结银浆中的金属填料只包含微米级的银颗粒，因此需要高达40兆帕的高压来帮助其烧结，而这种高压在烧结过程中可能会对模具和芯片造成机械损伤。近年来，随着纳米科技的发展，由纳米银粉作为金属填料的纳米烧结银膏引起了人们广泛地关注。相比微米银粉，纳米银粉的优势在于其具有更好的烧结性能，但是其制备及分离纯化过程较为复杂，导致其制备成本过高；同时，纳米银粉在使用过程中容易团聚，严重影响了纳米银粉在应用过程中的实际表现；此外，纳米银粉在烧结过程中体积收缩较大，容易造成烧结银层的开裂，从而引起严重的可靠性问题。因此，有研究者通过在微米银膏配方中引入适量的纳米银粉来形成微纳复合烧结银膏，以提高烧结银膏的综合性能，纳米银粉的引入可以有效地促进微米银粉的烧结，而微米银粉又可有效抑制纳米银粉在烧结过程中的体积收缩，从而形成高质量的烧结银接头。但在微纳复合烧结银膏中，纳米银粉的引入仅仅促进了微米银粉的烧结，而并未改变或提升微米银粉自身的烧结特性，对银膏烧结性能的提升效果有限；同时纳米银粉的引入也增加了银膏制备过程的复杂度。因此如何提升微米银粉自身的烧结特性和简化烧结银膏的制备过程是烧结银膏商业化应用需要解决的关键问题。

发明内容

基于此，本发明针对现有技术中存在的难题，提供了一种降低银膏体系中纳米银粉的使用量，简化烧结银膏制备过程和降低银膏成本，有利于银膏大规模生产和应用的烧结银膏及其制备方法及其应用，为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请目的之一，提供了一种烧结银膏，包括：银粉填料、烧结助剂及有机载体，所述的银粉填料的质量分数为50-95％；所述的烧结助剂的质量分数为0.1-10％；所述的有机载体的质量分数为3-35％，其包括有机溶剂、有机树脂、分散剂、流变剂、消泡剂、增稠剂或其它助剂中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述银粉填料可以是单组分银粉也可以是多组分含银金属粉体，其中含银金属粉体的剩余组分包括但不限于铜、金、钯、铂、锡、铋、铟、镍或铝等金属组分中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的银粉填料含银量＞1％，优选地，银粉填料含银量＞20％，更为优选地，其含银量为100％。