烧结粉末制造技术

一种烧结粉末，包含：具有小于10微米的平均最长直径的微粒，其中形成所述微粒的至少一些颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属。该烧结粉末可以在低温下烧结，通过仅利用非常低的压力，典型地基本上没有压力。

Sintered powder

A sintered powder comprising a particle having an average longest diameter less than 10 microns, in which at least some of the particles forming the particle contain at least part of the metal coated with an end capping agent. The sintered powder can be sintered at low temperature. By using only very low pressure, there is basically no pressure on typical foundations.

【技术实现步骤摘要】
烧结粉末本申请是申请日为2013年10月29日的题为“烧结粉末”的中国专利申请第201380054460.6号的分案申请。
本专利技术涉及烧结粉末，包含所述烧结粉末的烧结膏(sinteringpaste)和膜，和使用其形成的烧结接头。
技术介绍
烧结接头提供了焊接接头的替代方案。形成烧结接头的典型方法涉及将经常处于粉末压块(powdercompact)形式的金属粉末放置于有待连接的两件工件之间并随后烧结所述金属粉末。由此产生的所述金属原子的原子扩散在所述两个工件之间形成结合。金属纳米粉末已在电子工业中用于形成烧结接头，并认为是无铅焊接的有用替代方案。纳米材料和相应的块状材料(bulkmaterial)之间的相异行为被认为是由于纳米材料具有较高的表面积/体积比所致。含银纳米颗粒的烧结粉末是已知的。由银纳米颗粒原子扩散而形成的烧结接头能够在显著低于所述本体的熔化温度的温度下进行加工处理并也能够用于高温应用。潜在的优势，如较高的温度稳定性，较高的电和热传导性以及良好的机械性能，使这种烧结粉末对于芯片附连(dieattachment)应用成为有前景的候选者。然而，这种烧结粉末的烧结温度对于大多数电子应用中的有效利用仍然过高。烧结温度可以通过在烧结期间施加外部压力而降低。银膏的压力辅助低温烧结已经证明是一种作为芯片附连方法的焊接回流的可行的替代方案。高压的应用已经证明能够显著降低所述烧结温度，且芯片附连的所需性能能够在相对更快的速率下获得导致几分钟内形成烧结接头。然而，较大的外部压力使得所述过程自动化变得困难。此外，较大外部压力的应用可能会导致所述工件损坏。对于各种应用分配焊料膏是已知的，但在波纹焊接或丝网印刷不可能时主要作为一种替代方案。焊料膏能够分配于各种表面安装应用上，在印刷电路板、集成电路封装和电组件连接器上。焊料膏的典型问题包括：滴漏(dripping)，跳点(skippeddot)，和分配不均。软硬焊料通常用于电子工业中进行芯片附连和分配。软焊料在热循环条件下容易疲劳失效。另一方面，使用硬焊料和玻璃基质复合材料能够使设备在更高的连接温度下运行，但是其较高弹性模量和加工温度能够在设备中产生较高机械应力，并且这些材料还具有相对低的热导率和电导率。
技术实现思路
本专利技术致力于解决与现有技术相关的至少一些问题或至少为其提供一些商业可接受的替代解决方案。本专利技术提供了一种烧结粉末包含：一种具有小于10μm的平均最长直径的微粒，其中构成所述微粒的至少一些颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属。正如本文所定义的每个方面或实施方式，除非明确指出相反，否则可以与任何其它方面或实施方式进行组合。具体而言，任何指出是优选的或有利的特征都可以与指出为优选的或有利的任何其它特征相组合。正如本文中所用的术语“烧结粉末”可以涵盖能够形成烧结接头的粉末。烧结接头通过放置于有待连接的两个工件之间的金属颗粒的原子扩散而形成。术语“烧结粉末”可以涵盖微粒。所述烧结粉末可以包含规则形状的颗粒(如，例如，球粒)或不规则形状的颗粒(如，例如，晶须，薄板，条棒或薄片)。正如本文中所用的术语“封端剂”可以涵盖这样的物种，即，当存在于金属颗粒表面上时，会降低所述金属颗粒的聚结，使粉末生产期间能够控制粒径并降低颗粒表面氧化或其它污染。本专利技术人令人惊奇地发现，正如本文描述的所述烧结粉末可以在低温下烧结，通过仅利用非常低的压力，典型地基本上没有压力。因此，使用这种烧结粉末在两工件之间形成烧结接头可能发生，对所述工件的损害降低。另外，由于不需要应用高压力，简化了烧结接头的形成，并可以更容易实现自动化。有利的是，使用封端剂可以有助于降低构成所述微粒的颗粒发生聚结。这种聚结是不利的，因为它可能会增加所述烧结粉末的烧结温度。因此，使用封端剂能够在两个工件之间于较低温度下形成烧结接头，因此，可以有助于降低由于暴露于高烧结温度所致的工件损坏。此外，使用封端剂可以有助于避免所述金属劣化，如，例如，由所述金属暴露于空气所致的损坏。所述微粒具有小于10μm的平均最长直径。通常情况下构成所述微粒的大部分颗粒具有的最长直径小于10μm，更典型地基本上构成所述微粒的所有颗粒具有的最长直径都小于10μm。当构成所述微粒的颗粒是球形时，最长直径将是所述球粒的直径。当构成所述微粒的颗粒形状不规则时，最长直径将是所述颗粒的最长尺寸。因为所述微粒具有小于10μm的平均最长直径，构成所述微粒的颗粒表现出较高的面积/体积比。这种较高的面积/体积比是特别理想的，因为它可以用于降低所述烧结粉末的烧结温度。本文中所指的平均最长直径可以使用X射线衍射利用Scherrer公式进行计算。在本文中描述的所述烧结粉末中，构成所述微粒的至少一些颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属。通常情况下，形成所述微粒的大多数颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属，更典型地基本上构成所述微粒的所有颗粒都含有至少部分用封端剂涂覆的金属。通常情况下，所述金属基本上是用封端剂涂覆的，更典型地完全用封端剂涂覆。增加所述封端剂在金属颗粒上的覆盖率可以有助于进一步降低所述金属颗粒的聚结，因此进一步降低所述烧结温度。构成所述微粒的至少一些颗粒含有金属。所述颗粒可以都包含相同的金属。可替代地，所述颗粒中一些可以包含不同的金属。此外，各种颗粒可以包括两种以上不同的金属。正如本文中所用的术语“金属”可以涵盖合金。因此，所述颗粒可以包含一种或多种金属的一种或多种合金。在所述烧结过程期间，加热熔融或化学分解所述封端剂，且打破所述金属原子和封端剂之间的分子键。随后金属颗粒开始烧结。所述封端剂可以是无机的和/或有机的。有机封端剂的实例包括聚合物和配体。优选所述封端剂包含胺和/或羧酸酯官能团。这种封端剂可以与金属颗粒形成弱键。因此打破所述结合所需的温度可以降低，这可以有助于降低所述烧结温度。含有胺官能团的封端剂在这方面是尤其优选的。优选所述封端剂包括直链烷基(C6～C18)胺或支链脂族烷基胺。一个优选的实例是辛胺。辛胺与金属颗粒形成特别弱的键。此外，辛胺在降低金属颗粒的聚结方面特别有效。优选所述微粒具有1～100nm，更优选5～75nm，更加优选5～65nm的平均最长直径。这种平均最长直径可以在提供较高的面积/体积比时是特别有效的。具有平均最长直径小于1nm的微粒可能难以处理，并也可能更容易降解。所述微粒可以具有100nm～10μm，优选600nm～1μm的平均最长直径。较大的粒径可能需要较少的封端剂，通常基本上不需要封端剂。因此，由于所获得的接头中残留有机物减少，所述电阻率要低得多。在所述本专利技术的一个方面中，所述微粒具有为100nm～10μm，优选600nm～1μm的平均最长直径，并不包含封端剂。当所述微粒具有的平均最长径处于在上述指定的范围中时，通常构成所述微粒的大部分颗粒具有此范围内的最长直径，更典型地基本上构成所述微粒的所有颗粒都具有此范围内的最长直径。所述微粒通常展示出非均匀(heterogeneous)的粒径。例如，最大10％的所述颗粒的平均最长直径和最小10％的所述颗粒的平均最长直径之间的差异可能大于20nm，通常情况下大于30nm，甚至更典型地大于60nm，更加典型地为60～150nm。这种非均匀粒径可以有助于降低所述烧结粉末的烧结温度，大概本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧结粉末，包含：具有小于10微米的平均最长直径的微粒，其中形成所述微粒的至少一些颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属，其中所述微粒含有具有1～100nm的最长直径的第一类型颗粒和具有大于100nm～50微米的最长直径的第二类型颗粒，其中所述微粒包括85wt％～95wt％的所述第一类型颗粒和5wt％～15wt％的所述第二类型颗粒，其中所述烧结粉末包含0.1wt％～5wt％的封端剂，其中最大10％的所述颗粒的平均最长直径和最小10％的所述颗粒的平均最长直径之间的差异为60～150nm。

【技术特征摘要】
2012.10.29 US 61/719,700;2013.03.04 US 61/772,343;1.一种烧结粉末，包含：具有小于10微米的平均最长直径的微粒，其中形成所述微粒的至少一些颗粒含有至少部分用封端剂涂覆的金属，其中所述微粒含有具有1～100nm的最长直径的第一类型颗粒和具有大于100nm～50微米的最长直径的第二类型颗粒，其中所述微粒包括85wt％～95wt％的所述第一类型颗粒和5wt％～15wt％的所述第二类型颗粒，其中所述烧结粉末包含0.1wt％～5wt％的封端剂，其中最大10％的所述颗粒的平均最长直径和最小10％的所述颗粒的平均最长直径之间的差异为60～150nm。2.根据权利要求1所述的烧结粉末，其中所述封端剂包含胺和/或羧酸酯官能团。3.根据权利要求1或权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰吉特·潘德赫尔，奥斯卡·卡瑟莱夫，拉维·巴特卡尔，拉胡尔·劳特，巴瓦·辛格，摩根娜·里巴斯，沙迈克·古撒尔，秀丽·萨卡尔，苏塔帕·慕克吉，瑟什西·库马尔，雷姆亚·钱德兰，帕瓦恩·维什瓦纳特，阿肖克·帕察穆图，蒙尼尔·布雷格达，尼丁·德赛，安娜·利夫顿，尼马尔亚·库马尔·沙基，
申请(专利权)人：阿尔法金属公司，
类型：发明
国别省市：美国,US