一种低模量烧结银膏及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低模量烧结银膏及其制备方法，该低模量烧结银膏的组分包括改性银颗粒、改性高分子微球、有机溶剂和助剂，其中，所述改性银颗粒为银离子表面改性的银颗粒，所述改性高分子微球为银离子表面改性的高分子微球；所述有机溶剂包括乙二醇。采用本发明专利技术的技术方案，添加银离子表面改性的高分子微球，有利于降低烧结银层的杨氏模量，吸收在烧结过程中产生的部分热

【技术实现步骤摘要】
一种低模量烧结银膏及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子封装材料
，尤其涉及一种低模量烧结银膏及其制备方法。

技术介绍

[0002]在电力电子领域，功率器件正在朝着高集成度和高功率密度的方向发展，器件的工作结温高达150℃以上。传统的锡基焊料受限于熔点低、热导率和力学可靠性较差等问题，已经无法满足功率器件在散热和高温可靠性等方面的应用需求。烧结银具有低温连接、高温服役、高导热、高导电等特点，成为近几年功率器件封装互连材料的研究热点。
[0003]在功率器件的服役过程中，芯片、连接层和基板之间的热膨胀系数失配会导致连接层承受较大的热
‑
机械应力。一方面，功率模块内的温度波动越大，应力越大。另一方面，对于一些形状特殊的芯片，比如长宽比大于2:1的矩形芯片，芯片长端两侧的界面处往往是应力集中区域，更容易出现开裂、分层等问题，对功率器件在高温下的长期服役可靠性造成威胁。因此有必要对烧结银焊膏进行改性，降低服役过程中的热机械应力，提升焊点可靠性。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术公开了一种低模量烧结银膏及其制备方法，以解决上述技术问题之一。
[0005]对此，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种低模量烧结银膏，其组分包括改性银颗粒、改性高分子微球、有机溶剂和助剂，其中，所述改性银颗粒为银离子表面改性的银颗粒，所述改性高分子微球为银离子表面改性的高分子微球；所述有机溶剂包括乙二醇。
[0007]采用此技术方案，添加高分子微球有利于降低烧结银层的杨氏模量，避免在烧结过程中产生界面裂纹。其中的有机溶剂包括的乙二醇除了起到分散的作用，还在高温下具有还原性，可以在烧结时，将银离子表面改性的银颗粒、银离子表面改性高分子微球表面的银离子还原成纳米银，从而增加烧结银层和界面的结合强度，提高功率器件在高温应用下的可靠性。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述改性银颗粒、改性高分子微球、有机溶剂和助剂的质量百分比分别为：70wt％～94wt％、0.5wt％～5wt％、5wt％～20wt％、0.5wt％～10wt％。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述改性银颗粒、改性高分子微球的质量比为40
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60:1。进一步的，所述改性银颗粒、改性高分子微球的质量比为50:1。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述银颗粒的粒径为5nm～5μm。进一步的，所述银颗粒的形状包括球形、近球形、片状、棒状中的至少一种。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述银颗粒包含1
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3种不同尺寸和形状的银颗粒。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述高分子微球的粒径为1
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5μm。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述高分子微球包括交联聚苯乙烯微球、聚酰亚胺微球、聚二乙烯基苯微球、聚醚砜微球、聚膦腈微球、酚醛树脂微球、环氧树脂微球、有机硅树脂微球、双马来酰亚胺树脂微球及其改性微球中的一种或几种。采用此技术方案，该高分子微球具有耐高温性能。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述高分子微球为实心微球、中空微球或多孔微球中的至少一种。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述有机溶剂还包括其他溶剂，所述其他溶剂包括丙二醇、正丁醇、松油醇、卞醇、丁基卡必醇、乙基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种；进一步的，所述乙二醇和其他溶剂的质量比为1：0.1～10。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述助剂为偶联剂、防沉降剂、消泡剂、流平剂、分散剂、防氧化剂中的一种或多种混合物。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述银离子表面改性的银颗粒和改性高分子微球的制备步骤为：
[0018]将壳聚糖加入乙酸或柠檬酸溶液中溶解，加入交联剂搅拌均匀后获得改性溶液，将高分子微球加入改性溶液中进行搅拌，获得表面包覆壳聚糖的高分子微球；
[0019]将表面包覆壳聚糖的高分子微球和银颗粒置于硝酸银
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乙醇溶液中超声搅拌，使其表面带有银离子，离心干燥后获得银离子改性的银颗粒和银离子表面改性的高分子微球。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，改性溶液中，所述乙酸的质量百分比为1
‑
4wt％，壳聚糖的浓度为6
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15g/L；所述交联剂为甲醛或戊二醛，浓度为5
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15mL/L；搅拌温度为20
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50℃，时间为10
‑
30min。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述硝酸银
‑
乙醇溶液的浓度为0.01
‑
0.1g/mL，搅拌时间为10
‑
30min。
[0022]本专利技术还公开了如上所述的低模量烧结银膏的制备方法，其包括：
[0023]步骤S1，制备表面包覆壳聚糖的高分子微球；
[0024]步骤S2，将表面包覆壳聚糖的高分子微球和银颗粒置于硝酸银
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乙醇溶液中超声搅拌，使其表面带有银离子，离心干燥后获得银离子改性的银颗粒和银离子表面改性的高分子微球；
[0025]步骤S3，将银离子改性的银颗粒、银离子表面改性的高分子微球与有机溶剂、助剂混合均匀。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1包括：将壳聚糖加入乙酸或柠檬酸溶液中溶解，加入交联剂搅拌均匀后获得改性溶液，将高分子微球加入改性溶液中进行搅拌，获得表面包覆壳聚糖的高分子微球。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述乙酸的质量百分比为1
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4wt％，壳聚糖的浓度为6
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15g/L；所述交联剂为甲醛或戊二醛，添加浓度为5
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15mL/L；搅拌温度为20
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50℃，时间为10
‑
30min。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，所述硝酸银
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乙醇溶液的浓度为0.01
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0.1g/mL，搅拌时间为10
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30min。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0030]第一，采用本专利技术的技术方案，添加银离子表面改性的高分子微球，有利于降低烧结银层的杨氏模量，吸收在烧结过程中产生的部分热
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机械应力，同时高分子微球可以吸收部分因热膨胀系数失配而导致的变形能，防止烧结银连接层出现开裂、分层等问题，避免界面裂纹，获得较高的界面焊合率；而且高分子微球和银颗粒通过超声搅拌的方式进行改性，可以提高微球在银膏中分布的均匀性；
[0031]第二，采用本专利技术的技术方案，在银膏固化过程中，银离子在高分子微球和银颗粒表面原位还原生成纳米银，增加烧结银层和界面的结合强度，抵消高分子微球的加入给结合强度带来的负面效果，提高了功率器件在高温应用下的可靠性。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低模量烧结银膏，其特征在于：其组分包括改性银颗粒、改性高分子微球、有机溶剂和助剂，其中，所述改性银颗粒为银离子表面改性的银颗粒，所述改性高分子微球为银离子表面改性的高分子微球；所述有机溶剂包括乙二醇。2.根据权利要求1所述的低模量烧结银膏，其特征在于：所述改性银颗粒、改性高分子微球、有机溶剂和助剂的质量百分比分别为：70wt%~94wt%、0.5wt%~5wt%、5wt%~20wt%、0.5wt%~10wt%。3.根据权利要求2所述的低模量烧结银膏，其特征在于：所述银颗粒包含1
‑
3种不同尺寸和形状的银颗粒，所述银颗粒的粒径为5nm~5μm。4.根据权利要求2所述的低模量烧结银膏，其特征在于：所述高分子微球的粒径为1
‑
5μm，所述高分子微球包括交联聚苯乙烯微球、聚酰亚胺微球、聚二乙烯基苯微球、聚醚砜微球、聚膦腈微球、酚醛树脂微球、环氧树脂微球、有机硅树脂微球、双马来酰亚胺树脂微球及其改性微球中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的低模量烧结银膏，其特征在于：所述高分子微球为实心微球、中空微球或多孔微球中的至少一种。6.根据权利要求2所述的低模量烧结银膏，其特征在于：所述有机溶剂还包括其他溶剂，所述其他溶剂包括丙二醇、正丁醇、松油醇、卞醇、丁基卡必醇、乙基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种；所述乙二醇和其他溶剂的质量比为1：0.1~10；所述助剂为偶联剂、防沉降剂、消泡剂、流平剂、分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨敏，
申请(专利权)人：深圳芯源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：