球状核壳结构低温烧结焊膏及其制备方法技术

本发明专利技术属于焊接材料技术领域，具体涉及一种球状核壳结构低温烧结焊膏及其制备方法，焊膏包括核壳结构和助焊剂，核壳结构的内核为球状的纳米铜，内核外包覆有壳层，壳层为碳层；焊膏中核壳结构的质量百分比为70％～90％，其余为助焊剂；助焊剂包括有机载体、成膜剂、表面活性剂、触变剂以及调节剂；球状核壳结构通过气相沉积法或者水热法制备。本发明专利技术解决了铜纳米焊膏易氧化，分散性差的问题。分散性差的问题。分散性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
球状核壳结构低温烧结焊膏及其制备方法


[0001]本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种球状核壳结构低温烧结焊膏及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子产业技术的更新，电子产品中的功能器件不断向小型化、高集成度的方向发展。由此带来了更高的封装密度与能量密度，对软钎焊互连材料提出了更高的力学性能与散热要求。考虑到目前锡基焊料焊接与熔化是同源温度，传统的焊接技术必须被更新型的加工工艺和材料所取代，以适应更高的服役温度。
[0003]烧结型金属颗粒(如纳米银、纳米铜等)焊膏作为一种高可靠性的金属互连材料而被大量研究，也因其高导电性，高导热性，以及低温烧结的特性而被广泛关注。区别于传统焊料的熔焊机制，烧结型金属颗粒依靠原子之间的扩散形成强有力的连接。铜价格低廉含量丰富，且具有较高的导电性，非常适合用于芯片以及基板的互联。然而，由于铜纳米颗粒极易氧化，导致其烧结性能下降，分散性差，与基板连接较差。此外，目前铜焊膏通常面临储存问题，久置易氧化，易偏析聚集。
[0004]因此，开发一种可低温烧结的抗氧化纳米铜颗粒的制备工艺，实现纳米铜膏更方便、高效的制备、存储及应用具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种球状核壳结构低温烧结焊膏及其制备方法，以解决铜纳米焊膏易氧化，分散性差，烧结温度高的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是提供一种球状核壳结构低温烧结焊膏，包括核壳结构和助焊剂，核壳结构的内核为球状的纳米铜，内核外包覆有壳层，壳层为碳层。
[0007]本方案的工作原理及有益效果在于：
[0008]采用碳包裹铜的、球状的核壳结构这种新型结构来配制焊料：
[0009]1、可以替代银焊料，因为铜廉价且几乎不存在电迁移现象，同时又与银具有相当的电导率和热导率。
[0010]2、铜表面存在的碳抗氧化性良好，可保护内部纳米铜内核不被氧化。并且，球形的纳米颗粒的烧结驱动力大，在低温下即可扩散形成烧结颈，因此焊料能够在最低200℃的低温下烧结，而银焊膏及其他常用焊膏的烧结温度通常是在300℃～350℃，烧结后满足相关标准要求，达到了低温烧结高温服役的效果。
[0011]3、内核为球状的纳米铜让整个碳包铜核壳结构呈球状，球状碳包铜核壳结构具有极强的疏水性，可以令碳包铜核壳结构稳定分散在溶剂中，不容易偏析聚集，既方便储存，不用担心氧化的问题，又使其可以大量稳定的分散在有机溶剂中，减少低温的表面扩散，提高了焊膏的烧结性能。
[0012]4、能够在30min内完成烧结，烧结时间短。
[0013]可选地，焊膏中核壳结构的质量百分比为70％～90％，其余为助焊剂；助焊剂包括有机载体、成膜剂、表面活性剂、触变剂以及调节剂。
[0014]可选地，有机载体包括乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、二乙二醇、松油醇、乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三丙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚中的至少一种；成膜剂包括氢化松香、歧化松香、丙烯酸树脂中的至少一种；表面活性剂包括OP
‑
10、EP
‑
10中的至少一种；触变剂包括氢化蓖麻油、聚酰胺中的至少一种；调节剂包括异丁醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺中的至少一种。
[0015]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是提供一种球状核壳结构低温烧结焊膏制备方法，核壳结构通过丝爆法、气相沉积法或者水热法制备。
[0016]可选地，核壳结构的气相沉积法制备方法为：将铜盐放入由石英或者刚玉制成的反应管中，反应管两端分别设有进气口和出气口，从进气口端到出气口端依次为在蒸发区、反应区、沉淀区，铜盐置于蒸发区，在蒸发区形成的铜盐蒸气通过从进气口通入的载气H2以150sccm～200sccm的流量输送至反应区，反应区温度为300℃～350℃，在沉积区将生成的纳米颗粒收集。
[0017]可选地，核壳结构的水热法制备方法为：将40～100质量份的无水硫酸铜和5～12.5质量份的纤维素混合后溶解到去离子水混合形成均匀的溶液，将溶液加入反应釜中，在温度为200℃
±
10℃的条件下反应4h～6h，然后将反应后的产物取出离心清洗之后将固体粉末收集。
[0018]可选地，水热法制备核壳结构时，将生物质原料、可溶性铜盐和表面活性剂溶于水中，形成均匀的溶液，再将溶液转移至反应釜中进行水热反应，收集固体产物，清洗去除副产物和杂质离子，获得球状核壳结构。
[0019]可选地，将60～72质量份的葡萄糖、10～12质量份的氯化铜和8～10质量份的十六烷基三甲基溴化铵溶解到去离子水中，搅拌后形成均匀的溶液，将溶液转移至反应釜中，在160℃温度下搅拌2.5h，然后自然冷却至室温，然后将反应后的产物取出离心清洗之后将固体粉末收集。
[0020]可选地，核壳结构的水热制备方法为：将40～50质量份的无水硫酸铜、5～10质量份的纤维素溶解到去离子水中，搅拌后形成均匀的溶液，将溶液转移至反应釜中，在200℃温度下反应至少4h，然后自然冷却至室温，然后将反应后的产物取出离心清洗之后将固体粉末收集。
[0021]可选地，核壳结构的丝爆法制备方法为：制作反应仓，反应仓内设有电容，电容为2μF，用纯铜线连接电容的两个电极，电容串联开关和脉冲电源，将反应仓用真空装置抽真空至10
‑1Pa～10
‑2Pa之后通入甲烷气体；在电容上施加电压为32kV的脉冲电流，脉冲放电持续时间为1μs，然后收集反应仓内的固体粉末。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1和2中球状核壳结构的气相沉积法制备原理图；
[0023]图2为本专利技术实施例1到6中球状核壳结构及对比例在抗氧化实验中电阻率随时间的变化曲线图；
[0024]图3为纳米铜在未被碳层包覆时的TEM图；
[0025]图4为实施例1纳米铜在被碳层包覆时的TEM图；
[0026]图5为实施例3纳米铜在被碳层包覆时的TEM图；
[0027]图6为实施例6纳米铜在被碳层包覆时的TEM图；
[0028]图7为施例6中球状核壳结构的丝爆法法制备原理图；
[0029]图8为实施例1中球状核壳结构的拉曼光谱测试图；
[0030]图9为实施例2中球状核壳结构的拉曼光谱测试图；
[0031]图10为实施例3中球状核壳结构的拉曼光谱测试图；
[0032]图11为实施例4中球状核壳结构的拉曼光谱测试图；
[0033]图12为实施例5中球状核壳结构的拉曼光谱测试图；
[0034]图13为实施例6中球状核壳结构的拉曼光谱测试图。
具体实施方式
[0035]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0036]说明书附图中的标记包括：炉管1、蒸发区2、反应区3、沉淀区4、毛毡5、进气口6、出气口7、核壳结构8、电源9、开关10、电容11、纯铜线12。
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.球状核壳结构低温烧结焊膏，其特征在于：包括核壳结构和助焊剂，核壳结构的内核为球状的纳米铜，内核外包覆有壳层，壳层为碳层。2.根据权利要求1所述的球状核壳结构低温烧结焊膏，其特征在于：焊膏中核壳结构的质量百分比为70％～90％，其余为助焊剂；助焊剂包括有机载体、成膜剂、表面活性剂、触变剂以及调节剂。3.根据权利要求2所述的球状核壳结构低温烧结焊膏，其特征在于：有机载体包括乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、二乙二醇、松油醇、乙二醇丁醚、二乙二醇己醚、二乙二醇辛醚、三丙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚中的至少一种；成膜剂包括氢化松香、歧化松香、丙烯酸树脂中的至少一种；表面活性剂包括OP
‑
10、EP
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10中的至少一种；触变剂包括氢化蓖麻油、聚酰胺中的至少一种；调节剂包括异丁醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺中的至少一种。4.用权利要求1～3中任一项所述的核壳结构制备低温烧结焊膏的制备方法，其特征在于：核壳结构通过丝爆法、气相沉积法或者水热法制备。5.根据权利要求4所述的球状核壳结构低温烧结焊膏制备方法，其特征在于：核壳结构的气相沉积法制备方法为：将铜盐放入由石英或者刚玉制成的反应管中，反应管两端分别设有进气口和出气口，从进气口端到出气口端依次为在蒸发区、反应区、沉淀区，铜盐置于蒸发区，蒸发区温度为160℃～180℃，在蒸发区形成的气态乙酰乙酸铜或者气态的乙酰丙酮铜通过载气H2以150sccm～200sccm的流量输送至反应区，反应区温度为300℃～350℃，在沉积区将生成的纳米颗粒收集。6.根据权利要求4所述的球状核壳结构低温烧结焊膏制备方法，其特征在于：核壳结构的水热制备方法为：将40～100质量份的无水硫酸铜和5～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显平，钱靖，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：