一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法技术

本发明专利技术属于低温键合技术领域，并具体公开了一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其包括如下步骤：配制可自还原的银离子浆料；将可自还原的银离子浆料均匀涂覆至待键合基底的表面；在一定的键合温度、键合压力及键合时间下实现待键合基底的键合。本发明专利技术利用银离子自还原形成金属银实现互连键合，相较于使用银纳米颗粒浆料键合，具有无需制备银纳米颗粒、浆料分散性好、可均匀涂覆、低成本、易储存等优势，在电子封装技术中具有较好的应用前景。

A Low Temperature Bonding Method Based on Self-Reducing Silver Ion Paste

The invention belongs to the field of low-temperature bonding technology, and specifically discloses a low-temperature bonding method based on self-reducing silver ion slurry, which comprises the following steps: preparing self-reducing silver ion slurry; uniformly coating self-reducing silver ion slurry on the surface of the substrate to be bonded; and at a certain bonding temperature and bonding pressure. The bonding of the substrate to be bonded is realized under the force and bonding time. The invention realizes interconnection bonding by self-reduction of silver ions to form metallic silver. Compared with bonding with silver nanoparticle slurry, the invention has the advantages of no preparation of silver nanoparticles, good dispersion of slurry, uniform coating, low cost and easy storage, and has good application prospect in electronic packaging technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法
本专利技术属于低温键合
，更具体地，涉及一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法。
技术介绍
互连键合技术作为微电子封装中的重要组成部分，是保证信号传输效率及稳定性的关键技术。然而，传统基于锡焊料的铜-铜键合技术在凸点尺寸微缩，节距变窄的情况下，会呈现出过度溢出短路、锡须搭桥短路、电迁移失效等一系列工艺及服役可靠性问题，阻碍了集成电路的进一步发展。相较于锡材料，铜、银、金等互连材料拥有更加优异的导电导热特性、机械强度及抗电迁移能力，但由于其高熔点，使得这类互连材料难以满足微电子封装中互连键合的工艺需求。近年来，随着纳米技术的发展，关于使用金属纳米颗粒，尤其是银纳米颗粒在低温下实现高质量键合的研究逐渐成为热点，这是因为纳米材料的尺度效应，促使材料的熔点与烧结温度得到了大幅度降低。银具有相较于金、铜更好的扩散特性与导电特性，同时具有优异的抗氧化性。因此，基于银纳米颗粒浆料烧结的低温键合可实现良好的机械及电学性能。然而，使用银纳米颗粒浆料首先需合成尺寸小、分散性好的银纳米颗粒，然后再根据使用需求调配浆料，均匀涂覆后进行键合。上述工艺过程相对较复杂，合成尺寸小且分散性好的银纳米颗粒是较大的难点，并且制备成浆料后，在长期储存的过程中，银纳米颗粒易沉底并诱发团聚，影响使用性能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其利用银离子在键合过程中自还原形成金属银实现互连键合，相较于使用银纳米颗粒浆料键合，具有无需制备银纳米颗粒、浆料分散性好、可均匀涂覆、低成本、易储存等优势，在电子封装技术中具有较好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其包括如下步骤：a)配制可自还原的银离子浆料；b)将可自还原的银离子浆料均匀涂覆至待键合基底的表面；c)在一定的键合温度、键合压力及键合时间下实现待键合基底的键合。作为进一步优选的，所述可自还原的银离子浆料由10～30wt％柠檬酸银、10～30wt％还原剂以及40～80wt％粘度调节溶剂混合而成，并且柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂的质量百分数之和为100wt％。作为进一步优选的，所述柠檬酸银由硝酸银溶液与柠檬酸钠溶液经置换反应后，通过抽滤、干燥获得。作为进一步优选的，所述还原剂优选为能使柠檬酸银络合溶解且在低温键合中还原银离子并逐渐挥发的有机胺类液体还原剂，所述还原剂为异丙醇胺、异丁醇胺、乙醇胺、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、1,2丙二胺中的一种或多种的组合。作为进一步优选的，所述粘度调节溶剂优选为能在低温键合中挥发且可调节粘度的有机溶剂，所述粘度调节溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇、异丙醇、一缩二乙二醇、丙三醇、叔丁醇、松油醇中的一种或多种的组合。作为进一步优选的，配制可自还原的银离子浆料后，将银离子浆料随烧瓶置于冰水混合物中，以500rpm～1500rpm的转速磁力搅拌15min～60min，以使得柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂充分混合。作为进一步优选的，配制可自还原的银离子浆料后，将银离子浆料置于恒温槽中，然后将恒温槽温度调节至0～10℃，以500rpm～1500rpm的转速机械搅拌15min～60min，以使得柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂充分混合。作为进一步优选的，所述键合温度为140℃～200℃、键合压力为0.1MPa～10MPa、键合时间为5min～60min。作为进一步优选的，键合基底为具有金属表面的硬质基底，优选为铜片、银片、镀有铜膜或银膜的硅片、镀有铜膜或银膜的氮化镓基底、镀有铜膜或银膜的碳化硅基底。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术利用可自还原银离子浆料实现键合，该银离子浆料中选取的特定还原剂在键合过程中随温度升高，可激发银离子的还原反应，实现银离子在键合过程中的自还原，形成金属银单质，同时金属银单质在自还原形成过程中可与键合基底间产生扩散，实现高品质键合，具有键合效果好，制备简单等优点。2.本专利技术由于采用可自还原银离子浆料实现键合，无需提前合成银纳米颗粒，亦无需考虑银纳米颗粒的分散、沉底及团聚问题，具有易实现、易储存、易涂覆等优势，呈现出较大的应用前景。3.本专利技术对可自还原银离子浆料的成分及配比进行了研究与设计，具体的可自还原的银离子浆料由10～30wt％柠檬酸银、10～30wt％还原剂以及40～80wt％粘度调节溶剂混合而成，由此使得还原剂可以促使银离子进行充分的还原反应，并且粘度调节溶剂可使浆料更加均匀地涂覆与成膜。4.本专利技术对可自还原银离子浆料的混合工艺进行了研究与设计，使用磁力搅拌或机械搅拌进行浆料混合，混合温度为0～10℃，混合转速为500～1500rpm，混合时间为15～60min，使得柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂充分混合，保证浆料中还原剂、粘度调节溶剂的稳定性，避免银离子在浆料配制过程中还原成银颗粒，保证后续键合的有效进行。5.本专利技术还对键合工艺进行了研究与设计，获得如下工艺：键合温度为140～200℃、键合压力为0.1MPa～10MPa、键合时间为5min～60min，在上述工艺下，可使还原剂和粘度调节溶剂充分发挥作用并挥发，进而使得银离子浆料在键合过程中实现自还原形成金属银单质，同时与键合基底间产生扩散，实现高品质键合，且有效避免还原剂和粘度调节溶剂的残留影响互连键合结构的导电、导热及机械性能。附图说明图1是本专利技术的基于可自还原银离子浆料的键合示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其包括如下步骤：a)配制可自还原的银离子浆料；b)将可自还原的银离子浆料均匀涂覆至待键合基底的表面；c)在一定的键合温度、键合压力及键合时间下实现待键合基底的键合。具体的，可自还原的银离子浆料由柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂这三种成分按照一定质量比例配制而成，银离子浆料中柠檬酸银占10～30wt％的质量比，还原剂占10～30wt％的质量比、粘度调节溶剂占40～80wt％的质量比，并且柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂的质量百分数之和为100wt％。进一步的，柠檬酸银由硝酸银溶液与柠檬酸钠溶液经置换反应后，通过抽滤、干燥获得。其中，硝酸银溶液的浓度为0.3mol/L，柠檬酸钠溶液的浓度为0.1mol/L，选取相同体积的硝酸银溶液与柠檬酸钠溶液，在室温下将硝酸银溶液缓慢滴加至柠檬酸钠溶液中，滴加完成后，继续在室温下以500～1500rpm磁力搅拌30min，随后抽滤获得固体，将固体在20～40℃下遮光真空干燥2～10h，获得所需的柠檬酸银。本专利技术中还原剂为柠檬酸银提供络合溶解环境，使柠檬酸银能充分溶解，以银离子形态存在于浆料中，同时还原剂需在一定的键合温度下使银离子充分还原，并在还原反应完成后逐渐挥发，以免有机残留影响互连键合结构的导电、导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，包括如下步骤：a)配制可自还原的银离子浆料；b)将可自还原的银离子浆料均匀涂覆至待键合基底的表面；c)在一定的键合温度、键合压力及键合时间下实现待键合基底的键合。

【技术特征摘要】
1.一种基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，包括如下步骤：a)配制可自还原的银离子浆料；b)将可自还原的银离子浆料均匀涂覆至待键合基底的表面；c)在一定的键合温度、键合压力及键合时间下实现待键合基底的键合。2.根据权利要求1所述的基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，所述可自还原的银离子浆料由10～30wt％柠檬酸银、10～30wt％还原剂以及40～80wt％粘度调节溶剂混合而成，并且柠檬酸银、还原剂与粘度调节溶剂的质量百分数之和为100wt％。3.根据权利要求2所述的基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，所述柠檬酸银由硝酸银溶液与柠檬酸钠溶液经置换反应后，通过抽滤、干燥获得。4.根据权利要求2所述的基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，所述还原剂优选为能使柠檬酸银络合溶解且在低温键合中还原银离子并逐渐挥发的有机胺类液体还原剂，所述还原剂为异丙醇胺、异丁醇胺、乙醇胺、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、1,2丙二胺中的一种或多种的组合。5.根据权利要求2所述的基于可自还原银离子浆料的低温键合方法，其特征在于，所述粘度调节溶剂优选为能在低温键合中挥发且可调节粘度的有机溶剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤自荣，李俊杰，冯辰，史铁林，梁琦，廖广兰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42