Cu/SiO2复合材料、其制备方法与铜‑陶瓷基板的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜盐、纳米二氧化硅、还原剂和保护剂进行水热反应，得到Cu/SiO2复合材料。本申请还提供了一种利用Cu/SiO2复合材料制备铜‑陶瓷基板的方法，包括以下步骤：将Cu/SiO2复合材料与有机溶剂混合，得到纳米铜膏；将所述纳米铜膏印刷于陶瓷基板表面，再进行烧结，最后依次进行光刻、显影和电镀，得到铜‑陶瓷基板。本申请制备铜‑陶瓷基板的过程中，由于Cu/SiO2复合材料的纳米尺寸效应与其中的纳米SiO2可与陶瓷基板中的三氧化二铝、氮化铝反应，从而可在较低的烧结温度下实现铜‑陶瓷间的高强度键合。

Cu/SiO2 composite material, its preparation method and copper ceramic substrate preparation method

The invention provides a preparation method of Cu/SiO2 composite material, including the following steps: hydrothermal reaction of copper salt, nano silica, reducing agent and protective agent to obtain Cu/SiO2 composite material. The invention also provides a method for preparing copper using Cu/SiO2 ceramic composite material, which comprises the following steps: Cu/SiO2 composite material mixed with organic solvent, nano copper paste; the nano copper paste printing on ceramic substrate surface, then sintered, finally according to the time of photolithography, and electroplating. Copper ceramic substrate. This process for preparing copper ceramic substrate, the effect of nano SiO2 and its nano size Cu/SiO2 composites can be reacted with three of two aluminum oxide ceramic substrate, aluminum nitride, which can achieve high strength copper ceramic bond between alloy at lower sintering temperature.

【技术实现步骤摘要】
Cu/SiO2复合材料、其制备方法与铜-陶瓷基板的制备方法
本专利技术涉及电子封装
，尤其涉及Cu/SiO2复合材料、其制备方法与铜-陶瓷基板的制备方法。
技术介绍
对于电力电子封装而言，陶瓷基板由于具有的高热导率，使热量从芯片导出，实现与外界的电互连与热交换，同时还兼具布线(点互连)和机械支撑的功能。目前常用的散热基板主要包括LTCC、HTCC、DBC以及DPC陶瓷基板等。LTCC和HTCC基板内部金属线路层采用丝网印刷工艺制成，易产生线路粗糙、对位不精准、收缩比例问题，在高导热、高功率密度、高压以及大电流环境下的应用受限。DBC基板各项性能良好，适用于高耐压大功率。然而，陶瓷基板裸片与金属材料的反应能力低、润湿性差，因此陶瓷基板与铜片之间易产生气孔最终使得结合强度降低；加之金属化工艺复杂，烧结温度相对较高(烧结温度大约为1065℃)，成本一直难以得到有效控制，目前只能应用于有特殊需求的领域。DPC基板是利用薄膜技术完成线路及图形的种子层，再用电化学沉积的方式加厚线路及图形，进而完成整个基板的金属化。但目前DPC基板需要克服的问题是种子层与陶瓷基板反应能力低，易产生气孔使得结合强度降低。申请号201110310121.2的中国专利公开了低温烧结制备金属化陶瓷基板的方法，其是先在陶瓷基板表面镀一层金属层，然后通过丝网印刷工艺，将纳米金属膏印刷在陶瓷基板表面形成金属膏层，最后在一定的温度和气氛环境下烧结。该方法同样存在DPC基板种子层与陶瓷基板结合强度不足的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种Cu/SiO2复合材料、其制备方法与铜-陶瓷基板的制备方法，本申请提供的铜-陶瓷基板的制备方法，可在较低的温度下实现铜-陶瓷间的高强度键合。有鉴于此，本申请提供了一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜盐、纳米二氧化硅、还原剂和还原剂进行水热反应，得到Cu/SiO2复合材料。优选的，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜或硝酸铜；所述保护剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、月桂酸和油酸中的一种或多种；所述还原剂为水合肼、双氧水、抗坏血酸、甲醛、葡萄糖、多元醇、硼氢化钠、次亚磷酸钠或有机胺。优选的，所述纳米二氧化硅的尺寸为1～100nm。本申请还提供了一种Cu/SiO2复合材料，包括纳米二氧化硅和附着在所述纳米二氧化硅表面的纳米铜。优选的，所述Cu/SiO2复合材料的尺寸为1～200nm。本申请还提供了一种铜-陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：将Cu/SiO2复合材料与有机溶剂混合，得到纳米铜膏；所述Cu/SiO2复合材料为上述方案所述的制备方法所制备的或上述方案所述的Cu/SiO2复合材料；将所述纳米铜膏印刷于陶瓷基板表面，再进行烧结，最后依次进行光刻、显影和电镀，得到铜-陶瓷基板。优选的，所述纳米铜膏中Cu/SiO2复合材料的含量为70wt％～85wt％。优选的，所述纳米铜膏印刷于陶瓷基板表面形成的纳米铜膏层的厚度为0.05～0.5mm。优选的，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙醚、丙酮、甲基丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯和乙酸乙酯中的一种或多种。优选的，所述陶瓷基板的材质为氧化铝、氮化铝、氧化铍或碳化硅。本申请提供了一种铜-陶瓷基板的制备方法，其是将Cu/SiO2复合材料与有机溶剂混合，得到纳米铜膏；再将纳米铜膏印刷于陶瓷基板表面，然后进行烧结，最后依次进行光刻、显影和电镀，得到铜-陶瓷基板。在制备铜-陶瓷基板的过程中，本申请通过添加具有纳米尺寸效应的纳米级别的Cu/SiO2复合材料，同时由于Cu/SiO2复合材料中的纳米SiO2可以与陶瓷基板中的Al2O3与AlN发生反应，因此可在较低烧结温度(200～450℃)实现铜-陶瓷间的高强度键合。附图说明图1为本专利技术制备铜-陶瓷基板的工艺流程图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。目前，DPC基板需要克服种子层与陶瓷基板反应能力低，易产生气孔使得结合强度降低的问题，由此本申请提供了一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，并提供了利用该制备的Cu/SiO2复合材料制备铜-陶瓷基板的方法，该方法可在较低的温度实现铜-陶瓷间的高强度键合。由此，本申请提供了本专利技术实施例公开了一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜盐、纳米二氧化硅、还原剂和保护剂进行水热反应，得到Cu/SiO2复合材料。在制备Cu/SiO2复合材料的过程中，采用的原料包括保护剂、铜盐、纳米二氧化硅与还原剂，上述原料的来源本申请没有特别的限制。具体的，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜或硝酸铜；所述纳米二氧化硅的粒径为1～100nm，在具体实施例中，所述纳米二氧化硅的粒径为5～30nm。所述保护剂可防止生成的纳米铜颗粒团聚，所述保护剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、明胶、聚乙烯醇(PVA)、月桂酸和油酸中的一种或多种；在具体实施例中，所述保护剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。所述还原剂选自水合肼、双氧水、抗坏血酸、甲醛、葡萄糖、多元醇、硼氢化钠、次亚磷酸钠或有机胺；在具体实施例中，所述还原剂为水合肼。上述原料混合后进行水热反应，即得到Cu/SiO2复合材料，在此过程中，首先液相还原法制备了纳米铜，加入纳米二氧化硅材料使生成的纳米铜材料附着在其表面，形成Cu/SiO2复合材料。所述水热反应的温度为150～250℃，时间为1～2h。本申请还提供了一种Cu/SiO2复合材料，所述Cu/SiO2复合材料包括纳米二氧化硅和附着在所述纳米二氧化硅表面的纳米铜。本专利技术中所述Cu/SiO2复合材料按照上述方案制备得到，所述Cu/SiO2复合材料的粒径为1～200nm，在某些具体实施例中，所述Cu/SiO2复合材料的粒径为20～100nm。本申请所述Cu/SiO2复合材料具有纳米尺寸，因此其应用于铜-陶瓷基板的制备中时呈现了纳米尺寸效应，其具体是指纳米材料的小尺寸效应，当金属颗粒的尺寸减小到纳米尺寸时，复合颗粒的熔点将有明显的降低，将很好的实现纳米铜膏的低温烧结。由此，本申请提供了一种铜-陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：将Cu/SiO2复合材料与有机溶剂混合，得到纳米铜膏；将所述纳米铜膏印刷于陶瓷基板表面，再进行烧结，最后依次进行光刻、显影和电镀，得到铜-陶瓷基板。如图1所示，图1为本专利技术制备铜-陶瓷基板的工艺流程图；图1中1为陶瓷基板、2为丝网印刷孔板、3为纳米铜膏层、4为纳米铜金属线路层、5为光刻胶、6为铜线路图形、7为金属线路图形。具体的，本申请在制备铜-陶瓷基板的过程中，首先将Cu/SiO2复合材料与有机溶剂混合，得到纳米铜膏；所述有机溶剂为本领域技术人员熟知的，对此本申请没有特别的限制，示例的，所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙醚、丙酮、甲基丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯和乙酸乙酯中的一种或多种；在具体实施例中，所述有机溶剂选自乙酸乙酯与异丙醇。在所述纳米铜膏中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜盐、纳米二氧化硅、还原剂和还原剂进行水热反应，得到Cu/SiO2复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种Cu/SiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铜盐、纳米二氧化硅、还原剂和还原剂进行水热反应，得到Cu/SiO2复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜或硝酸铜；所述保护剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、月桂酸和油酸中的一种或多种；所述还原剂为水合肼、双氧水、抗坏血酸、甲醛、葡萄糖、多元醇、硼氢化钠、次亚磷酸钠或有机胺。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅的尺寸为1～100nm。4.一种Cu/SiO2复合材料，其特征在于，包括纳米二氧化硅和附着在所述纳米二氧化硅表面的纳米铜。5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述Cu/SiO2复合材料的尺寸为1～200nm。6.一种铜-陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：将Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔成强，赖韬，杨斌，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