一种纳米铜浆及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米铜浆的制备方法，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm

Nano copper slurry and preparation method thereof

The present invention provides a method for preparing nano copper slurry, which comprises the following steps: a) the copper sulfate solution, citric acid, polyvinylpyrrolidone, twelve sodium dodecyl sulfate and EDTA mixture, the electrolyte; b) the electrolyte, the formation of nano copper powder; the electrolysis in pulsed DC current, pulse current density peak current is 50 ~ 500mA/cm

【技术实现步骤摘要】
一种纳米铜浆及其制备方法
本专利技术涉及电子材料
，特别涉及一种纳米铜浆及其制备方法。
技术介绍
大功率电力电子器件或半导体器件需在高温下具有良好的转换特性和工作能力，除了器件中各组件自身的性能外，组件的封装同样影响电力电子器件或半导体器件的性能和长期可靠性。电力电子器件或半导体器件为电子互连件/电子组装产品，包括依次接触的基板-互连材料-芯片，芯片与基板之间通过互连材料连接封装；电子互连件或电子组装产品中，互连材料不仅实现芯片与基板的连接封装，同时还提供机械支撑、散热通道和电学互连。随着功率半导体器件小型化、低功耗、高温高压的发展趋势，对互连材料也提出了更苛刻的性能需求：(1)保证芯片与基板可靠的机械连接；(2)具有较高的电导率以实现芯片与基板之间的电信号传输；(3)具有较高的热导率以使热量能够有效地从功率芯片传导到封装结构，提高功率芯片的散热效果；(4)能够匹配芯片与基板之间热膨胀系数的差异，有效减小连接处应力；(5)极端工作环境下具有互连稳定性和可靠性。最初，电子封装产品中广泛应用的互连材料为SnPb焊料，由于铅具有毒性等缺点，欧盟提出电子材料无铅化的倡议，电子封装/组装产品中的互连材料开始向无铅化发展。其中，具有代表性的发展就是Sn-Ag-Cu(SAC)无铅焊料取代原先被电子行业广泛应用的SnPb焊料，同时，锡膏、金锡合金或银胶也成为大功率器件的主要互连材料。但是，随着电子产品应用领域和范围的扩大，上述互连材料也开始出现应用的局限性。如采用Sn-Ag-Cu无铅焊料，电子产品使用过程中易出现锡须(Tin-whisker)现象而导致短路，还会产生Cu元素迁移和脆性金属间化合物从而导致焊盘断裂失效，且耐冲击和耐震动性差，成本高；再如Au-Sn合金，虽具有良好的抗蠕变性和防腐蚀性能，但长期的高温服役会加剧Au和Sn的相互扩散，形成较硬和较脆的金属间化合物，从而导致互连可靠性退化；且其具有高熔点，在进行互连组装时要求较高的互连温度，而较高的互连温度易导致热应力集中而损害芯片甚至芯片失效；另外，对于银胶等导电导热胶，其固化温度较低(＜150℃)，虽能降低互连温度从而有效避免互连工艺中高温对芯片的损害，但其基体树脂不耐高温，以导致工作温度区间窄、导电导热性能较低，且器件产生的热疲劳效应容易使芯片开裂脱落。因此，上述互连材料已经不能满足大功率器件中芯片对导电、散热及互连可靠性的要求，制约着功率型电子设备的快速发展。如今，微纳铜粉以其较高的导热率和导电率、较低的熔点和成本、以及优良的耐高温性能等优点成为新型互连材料的代表。现有技术中，一般采用市售微纳铜粉应用到互连材料，其易氧化、易团聚，十分影响电子材料的互连使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米铜浆及其制备方法，按照本专利技术的制备方法制得的纳米铜浆，抗氧化性好，分散性好。本专利技术提供了一种纳米铜浆的制备方法，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm2，脉冲电流的持续时间为5～60ms，脉冲电流的间隔时间为5～60ms；c)将所述纳米铜粉与分散液混合，得到纳米铜浆；所述分散液包括醇和烷烃。优选的，所述步骤a)中，硫酸铜溶液的浓度为0.001～1mol/L。优选的，所述步骤a)中，电解液中，柠檬酸与硫酸铜的质量比为(0.1～5)：1；聚乙烯吡咯烷酮与硫酸铜的质量比为(0.5～10)：1；十二烷基硫酸钠与硫酸铜的质量比为(0.5～10)：1；乙二胺四乙酸钠与硫酸铜的质量比为(0.1～2)：1。优选的，所述步骤a)包括：将硫酸铜溶液的PH值调整至1～2后，再与柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠及乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液。优选的，所述步骤b)包括：b1)将所述电解液电解，得到电解反应液；b2)对所述电解反应液超声清洗、离心和洗涤，得到纳米铜粉。优选的，所述步骤c)中，分散液中醇和烷烃的沸点均低于200℃。优选的，所述步骤c)中，所述醇选自无水乙醇、乙二醇和丙三醇中的一种或几种；所述烷烃为正己烷。优选的，所述纳米铜浆中，纳米铜粉的颗粒粒径为10～30nm。优选的，所述纳米铜浆中，纳米铜粉占纳米铜浆的质量比为30％～90％。本专利技术还提供了一种由上述技术方案所述的制备方法制得的纳米铜浆。本专利技术提供了一种纳米铜浆的制备方法，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm2，脉冲电流的持续时间为5～60ms，脉冲电流的间隔时间为5～60ms；c)将所述纳米铜粉与分散液混合，得到纳米铜浆；所述分散液包括醇和烷烃。按照本专利技术的制备方法制得的纳米铜浆，其抗氧化性好，且浆料中铜粉为单分散性良好的纳米颗粒，形成的浆料分散性好，能够较好的应用于高端电子器件的制造和半导体封装领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术的制备过程中形成的电解反应液中组分结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米铜浆的制备方法，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm2，脉冲电流的持续时间为5～60ms，脉冲电流的间隔时间为5～60ms；c)将所述纳米铜粉与分散液混合，得到纳米铜浆；所述分散液包括醇和烷烃。按照本专利技术的制备方法制得的纳米铜浆，其抗氧化性好，且浆料中铜粉为单分散性良好的纳米颗粒，形成的浆料分散性好，能够较好的应用于高端电子器件的制造和半导体封装领域。按照本专利技术，先将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液。本专利技术中，硫酸铜溶液优选为硫酸铜的水溶液；所述硫酸铜溶液的浓度优选为0.001～1mol/L。本专利技术中，在将硫酸铜溶液与其它组分混合前，优选先将硫酸铜溶液的PH值调节至1～2；本专利技术中，优选采用稀硫酸调节硫酸铜溶液的PH值。本专利技术中，将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮(即PVP)、十二烷基硫酸钠(即SDS)和乙二胺四乙酸钠(即EDTA)混合的方式没有特殊限制，能够将各组分混合均匀即可，如可以通过搅拌进行混合。本专利技术对柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本专利技术中，混合所得电解液中，柠檬酸与硫酸铜的质量比优选为(0.1～5)∶1；聚乙烯吡咯烷酮与硫酸铜的质量比优选为(0.5～10)∶1；十二烷基硫酸钠与硫酸铜的质量比优选为(0.5～10)∶1；乙二胺四乙酸钠与硫酸铜的质量比优选为(0.1～2)∶1。按照本专利技术，得到电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米铜浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm

【技术特征摘要】
1.一种纳米铜浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将硫酸铜溶液、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和乙二胺四乙酸钠混合，得到电解液；b)将所述电解液电解，形成纳米铜粉；所述电解在脉冲直流电流下进行，脉冲电流的电流密度峰值为50～500mA/cm2，脉冲电流的持续时间为5～60ms，脉冲电流的间隔时间为5～60ms；c)将所述纳米铜粉与分散液混合，得到纳米铜浆；所述分散液包括醇和烷烃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，硫酸铜溶液的浓度为0.001～1mol/L。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，电解液中，柠檬酸与硫酸铜的质量比为(0.1～5)：1；聚乙烯吡咯烷酮与硫酸铜的质量比为(0.5～10)：1；十二烷基硫酸钠与硫酸铜的质量比为(0.5～10)∶1；乙二胺四乙酸钠与硫酸铜的质量比为(0.1～2)：1。4.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔成强，张昱，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44