一种高导热率纳米烧结银胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热率纳米烧结银胶及其制备方法，涉及电子器件封装技术领域，本发明专利技术高导热率纳米烧结银胶包括以下原料组分：银粉、氧化石墨烯、环氧树脂、活化剂、引发剂、有机溶剂。本发明专利技术将银粉进行活化，然后将其与氧化石墨烯、环氧树脂搅拌混合得到兼具优异的导电性、导热性和稳定性的高导热率纳米烧结银胶，具有成本低、操作简单的优点。操作简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热率纳米烧结银胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子器件封装
，特别是涉及一种高导热率纳米烧结银胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空、航天和特殊用途的微波电路、微电子器件、半导体集成电路向大功率、小型化、轻量化、高密度组装化、高性能和高可靠性的方向发展，对集成电路的半导体芯片组装工艺提出更高的要求。电子封装即将各种功能的芯片封装于相应的壳体，为芯片提供保护，并保障信号和功率的输入与输出，同时使器件工作中产生的热量传输到外部环境，确保器件稳定、正常的运行，其具有机械支撑、电气连接、物理保护、应力缓和、尺寸过渡、规格化和标准化等多种功能。信息技术的飞速发展向电子封装提出了高封装度、高可靠性的要求。
[0003]高导热纳米烧结银胶作为一种性能优异的界面材料，广泛应用于高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中，可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的连接并能满足高温环境下的使用要求。以微纳米银粉为原料制备的烧结银胶，可承受500℃以上的服役温度，同时银具有良好的导电和导热性能。因此，烧结银胶适合于电子器件的封装。但是，目前烧结银胶仍然存在一些问题，大多数的烧结银胶，其烧结温度普遍都在200℃以上，不少甚至超过了250℃，而市面上很多印刷电路板等电子材料承受不了太高的烧结温度。而且过高的烧结温度会导致银胶和基板以及芯片之间因热膨胀系数失配带来的内应力急剧增大，从而增加烧结接头的失效概率，严重影响银胶烧结接头的可靠性，进而使其难以在大功率器件上使用，限制了低温烧结银胶的应用范围。而且为了改善银胶的烧结性能，降低银胶烧结温度，很多银胶中纳米银粉的含量很高甚至只含有纳米银粉，而纳米银粉具有很高的表面能，在烧结过程中可能发生剧烈的收缩，存在极大的内应力，容易在烧结接头内部及表面产生裂纹，基于此，制备性能优异的低温烧结银胶的新方法仍有待研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高导热率纳米烧结银胶及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，在进一步降低银胶烧结温度的同时，制备的高热导率烧结银胶兼具优异的导热性、导电性和稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种高导热率纳米烧结银胶，按照质量份数计，所述高导热率纳米烧结银胶原料包括以下组分：银粉55
‑
65份、氧化石墨烯0.5
‑
10份、环氧树脂45
‑
65份、活化剂5
‑
20份、引发剂1
‑
3份、有机溶剂5
‑
15份；
[0007]所述氧化石墨烯用于制备高导热率纳米烧结银胶前进行改性处理，改性方法包括以下步骤：将碳粉、纳米二氧化钛与氰酸酯树脂混合搅拌，得到改性氰酸酯树脂，再将所述改性氰酸酯树脂与氧化石墨烯混合均匀后，进行电子辐射处理，烘干，得到所述改性氧化石
墨烯。
[0008]进一步地，所述碳粉和纳米二氧化钛、氰酸酯树脂的质量比为5:8:20；所述改性氰酸酯树脂与所述氧化石墨烯的质量比为2:5。
[0009]进一步地，制备所述改性氧化石墨烯时采用搅拌机以2000rpm搅拌10min。
[0010]进一步地，制备所述改性氧化石墨烯时电子辐射处理的工艺参数为150kGy，辐射时间为5
‑
6min。
[0011]进一步地，所述活化剂为丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种或多种；所述引发剂为氢氧化钠、苄基三甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；所述有机溶剂为乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚中的一种或多种混合。
[0012]进一步地，所述银粉为纳米银粉和超细微米银粉混合物；所述环氧树脂为烯丙基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂或季戊四醇四巯基丙酸酯环氧树脂。
[0013]进一步地，所述纳米银粉的粒径为30
‑
50nm，所述超细微米银粉的粒径为0.5
‑
1um。
[0014]进一步地，所述纳米银粉和超细微米银粉的质量比为3:2。
[0015]与现有技术相比，本专利技术采用纳米银粉和超细微米银粉混合的方法,实现采用更低含量的银粉制备具有优异的导电性和导热性的烧结银胶，有效避免了采用高含量纳米银粉时存在的烧结接头内部及表面产生裂纹的问题，具有成本低、操作简单的优点。
[0016]本专利技术还提供上述高导热率纳米烧结银胶的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1.利用所述活化剂对所述银粉进行活化处理；
[0018]S2.将S1中活化处理后的银粉与所述改性氧化石墨烯混合后进行球磨，得到混合粉末；
[0019]S3.将所述环氧树脂、引发剂、有机溶剂加入所述混合粉末中搅拌，然后将搅拌完成后的混合物进行分散，得到分散银胶；
[0020]S4.将所述分散银胶在室温下真空脱泡5min得到所述高导热率纳米烧结银胶。
[0021]进一步地，步骤S1中，所述银粉的活化处理具体步骤为：将所述银粉置于所述活化剂中超声或搅拌10
‑
60min；倾去上层清液，并用无水乙醇淋洗，除去多余的活化剂并进行烘干处理。
[0022]进一步地，步骤S3中搅拌过程中的搅拌温度为35℃，分散过程中的分散温度为40℃，分散次数为15次，分散时间5
‑
10min。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：
[0024](1)现有技术中常采用添加烧结助剂的方法实现降低烧结温度的效果，但是烧结助剂的存在会导致银胶流变学性能差的问题，为了避免烧结助剂的使用带来的上述问题，本专利技术采用纳米二氧化钛、碳粉对氰酸树脂进行改性，提高氰酸树脂的柔韧性，改性后的氰酸树脂一方面能够提高与环氧树脂的相容性，另一方面有利于其与氧化石墨烯之间进行缩合反应，得到改性氧化石墨烯，进而增强石墨烯材料与环氧树脂之间的界面作用，显著改善界面载荷传递，进而实现降低烧结温度的效果。
[0025](2)本专利技术将氧化石墨烯和碳粉、纳米二氧化钛以及氰酸树脂搅拌混合后进行电子辐射处理，从而赋予了石墨烯材料疏水亲油的表面特性，能够有效阻止石墨烯材料的粒子间的团聚，实现将石墨烯材料快速、均匀分散在本专利技术的银胶体系中，进一步提高了石墨
烯材料与环氧树脂之间的相容性，从而使得石墨烯材料更好的发挥其优良的导电和导热性能。
[0026](3)本专利技术通过活性剂对银粉进行活性处理，不仅可以去除银粉表面微量的氧化层，而且能够防止银粉进一步氧化和团聚，从而大大增加了银胶的电导率。同时，本专利技术的银粉为纳米银粉和超细微米银粉的混合物，超细微米银粉的加入能够实现金属
‑
金属间无缝接触，建立了大量的导热通路，增加流动性，便于各原料之间混合均匀，便于导电胶的导电，同时添加超细微米银粉还能够降低成本。本专利技术通过纳米银粉和超细微米银粉之间的协同作用，实现提高制备银胶的导电性和导热性的效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热率纳米烧结银胶，其特征在于，按照质量份数计，所述高导热率纳米烧结银胶原料包括以下组分：银粉55
‑
65份、氧化石墨烯0.5
‑
10份、环氧树脂45
‑
65份、活化剂5
‑
20份、引发剂1
‑
3份、有机溶剂5
‑
15份；所述氧化石墨烯用于制备高导热率纳米烧结银胶前进行改性处理，改性方法包括以下步骤：将碳粉、纳米二氧化钛与氰酸酯树脂混合搅拌，得到改性氰酸酯树脂，再将所述改性氰酸酯树脂与氧化石墨烯混合均匀后，进行电子辐射处理，烘干，得到改性氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种高导热率纳米烧结银胶，其特征在于，所述碳粉和纳米二氧化钛、氰酸酯树脂的质量比为5:8:20；所述改性氰酸酯树脂与所述氧化石墨烯的质量比为2:5。3.根据权利要求1所述的一种高导热率纳米烧结银胶，其特征在于，所述活化剂为丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种或多种；所述引发剂为氢氧化钠、苄基三甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；所述有机溶剂为乙二醇单乙醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷文钢，焦柯嘉，冯大伟，李小新，赵家华，
申请(专利权)人：北京中科纳通电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：