浆料及其制备方法和芯片散热结构的封装方法技术

本申请涉及电子封装互连技术领域，提供了一种浆料，包括第一焊接浆料和第二焊接浆料，第一焊接浆料和第二焊接浆料分别以各自独立的重量份计，第一焊接浆料包括：第一金属粉1～95份，且第一金属粉的熔点≤200℃，第一有机溶剂2～5份，第一活化剂0.5～1份，缓蚀剂0.3～1份，第一增稠剂0.1～1份；第二焊接浆料包括：微米金属粉10～80份，纳米金属粉10～70份，第二有机溶剂2～5份，第二活化剂0.5～1份，第二增稠剂0.1～1份。本申请提供的浆料由于第一焊接浆料中的第一金属粉的低温熔融流动性和润湿性好，可填充纳米金属粉烧结形成的孔隙，能形成孔隙率低、导热性好、重熔性好和可靠性高的界面材料。界面材料。界面材料。

【技术实现步骤摘要】
浆料及其制备方法和芯片散热结构的封装方法


[0001]本申请属于电子封装互连
，尤其涉及一种浆料及其制备方法和芯片散热结构的封装方法。

技术介绍

[0002]目前，常见的封装材料(如锡基焊料)最高使用温度低于200℃，因此，为应对高温服役环境，业界提出了瞬时液相扩散连接(Transient Liquid Phase，TLP)和低温纳米烧结互连技术，分别用于全金属间化合物与纳米烧结焊点的成型。然而，全金属间化合物脆性大、导热率低(不大于70W/m.K)和可靠性差；低温纳米烧结润湿性差、孔隙率高和接点无法承受升降温时因材料膨胀系数不同而产生应力，造成界面参数裂纹等问题。
[0003]例如，专利CN104741821A公开了一种用于电子模块高温封装微纳米铜颗粒填充Sn基焊膏及其制备方法，其先采用直接液相多元顺序可控还原方法顺序还原微纳米铜和微纳米锡得到微纳米铜锡颗粒，然后将微纳米铜锡颗粒与分散剂、助焊剂、触变剂等混合，通过混装分散工艺制成焊膏。但该方案的焊膏抗氧化性较差，并且助焊剂的添加给后期焊点清洗等带来复杂工艺，还会引发一定的环境污染。此外，使用该焊膏制备的焊点组织为全金属间化合物(IMC)结构，IMC具有脆性大，导热导电性能较烧结银具有较大的差距。专利CN114429829A公开了一种功率器件封装用复合膏体及其制备方法，功率器件封装用复合膏体由银铜填料和有机载体制得，先将银铜填料和有机载体搅拌至混合均匀得到混合膏体；然后将混合膏体进行三级分散研磨得到功率器件封装用复合膏体，最后芯片和基板通过复合膏体互连。但该方案的复合膏体存在界面润湿性差，易产生孔洞，焊接温度高，较高的压力可能会对芯片造成机械损伤，限制了其在高温互连领域的应用。
[0004]因此，有必要开发一种界面润湿性好、空隙率低、导热性好和可靠性高的焊接浆料。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种浆料及其制备方法和芯片散热结构的封装方法，旨在解决现有的焊接浆料存在界面润湿性差、孔隙率高和导热性不佳的问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种浆料，包括第一焊接浆料和第二焊接浆料，第一焊接浆料和第二焊接浆料分别以各自独立的重量份计，
[0008]第一焊接浆料包括如下重量份数的组分：
[0009][0010]第二焊接浆料包括如下重量份数的组分：
[0011][0012]第二方面，本申请提供一种浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]提供浆料中的各原料组分；
[0014]将第一有机溶剂、第一活化剂、缓蚀剂、第一增稠剂和第一金属粉进行第一混合处理，得到第一焊接浆料；
[0015]将第二有机溶剂、第二活化剂、第二增稠剂、微米金属粉和纳米金属粉进行第二混合处理，得到第二焊接浆料。
[0016]第三方面，本申请提供一种芯片散热结构的封装方法，包括以下步骤：
[0017]提供本申请的浆料或本申请的制备方法制得的浆料，以及芯片和散热片；
[0018]将浆料中的第一焊接浆料涂覆在芯片表面进行第一预固化处理形成第一焊接膜，将浆料中的第二焊接浆料涂覆在散热片表面进行第二预固化处理形成第二焊接膜；或者，将浆料中的第一焊接浆料涂覆在散热片表面进行第一预固化处理形成第一焊接膜，将浆料中的第二焊接浆料涂覆在芯片表面进行第二预固化处理形成第二焊接膜；
[0019]将芯片和散热片进行相对粘合处理，并且使第一焊接膜位于第二焊接膜上方进行相对粘合，得到芯片散热结构。
[0020]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
[0021]本申请第一方面提供的浆料，其包含有第一焊接浆料和第二焊接浆料，其中，第一焊接浆料含有特有重量份的熔点≤200℃的第一金属粉，第二焊接浆料含有特有重量份的微米金属粉和纳米金属粉，通过将第一焊接浆料和第二焊接浆料分别涂覆在芯片和散热片表面可以实现将以芯片和散热片相对粘合，由于第一焊接浆料中的第一金属粉具有低温熔融流动性和润湿性好，可以有效填充纳米金属粉在烧结过程形成的孔隙，从而大幅降低孔隙率，提升导热性能。并且第一金属粉熔点低，还可以与微米金属粉和纳米金属粉形成合金，从而可以在高达500℃的温度下不会发生重熔，满足高温服役要求。另外，微米金属粉作为网络结构的骨架，纳米金属粉作为提高初始堆积密度和粘结微米金属粉的填料并提供低
温烧结性，因此可以降低焊接浆料体积收缩率，进一步降低孔隙率，能进一步提高烧结结构的稳定性。因此，本申请浆料可以形成孔隙率低、导热性好、重熔性好和可靠性高的界面互连材料。
[0022]本申请第二方面提供的浆料的制备方法，通过将一定重量份的第一有机溶剂、第一活化剂、缓蚀剂、第一增稠剂和第一金属粉进行第一混合处理得到第一焊接浆料，将一定重量份的第二有机溶剂、第二活化剂、第二增稠剂、微米金属粉和纳米金属粉进行第二混合处理得到第二焊接浆料，该制备方法不仅工艺简单、容易操作，而且第一焊接浆料含有特有重量份的第一金属粉，第二焊接浆料含有特有重量份的微米金属粉和纳米金属粉，通过第一金属粉好的低温熔融流动性和润湿性，可以有效填充纳米金属粉在烧结过程形成的孔隙，从而大幅降低孔隙率，提升导热性，因此，本申请制得的浆料可以形成孔隙率低、导热性好、重熔性好和可靠性高的界面互连材料，适合在功率芯片封装领域中使用。
[0023]本申请第三方面提供的芯片散热结构的封装方法，先将浆料中的第一焊接浆料涂覆在芯片或散热片表面进行第一预固化处理形成第一焊接膜，然后将浆料中的第二焊接浆料涂覆在未形成有焊接膜的芯片或散热片表面进行第二预固化处理形成第二焊接膜，最后将芯片和散热片进行相对粘合处理，并且使第一焊接膜位于第二焊接膜上方进行相对粘合，得到芯片散热结构，因此，位于上层的第一焊接膜中的第一金属粉由于低温熔融流动性和润湿性好，能有效填充位于下层的第二焊接膜中纳米金属粉烧结形成的孔隙，并且低熔点的第一金属粉还能与微纳米金属粉形成合金，使形成的界面互连材料(焊接层)具有孔隙率低、导热性好、重熔性好和可靠性高好等优点，从而本申请芯片散热结构具有散热性能好，可以满足高温服役要求。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本申请实施例提供的焊接浆料的制备方法的工艺流程图；
[0026]图2是本申请实施例提供的芯片散热结构的封装方法的工艺流程图；
[0027]图3是本申请一实施例提供的芯片散热结构的结构图；
[0028]图4是本申请另一实施例提供的芯片散热结构的结构图；
[0029]图5是本申请实施例1制得的芯片散热结构的烧结界面的SEM图；
[0030]图6是本申请对比例1制得的芯片散热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浆料，其特征在于，包括第一焊接浆料和第二焊接浆料，所述第一焊接浆料和所述第二焊接浆料分别以各自独立的重量份计，所述第一焊接浆料包括如下重量份数的组分：所述第二焊接浆料包括如下重量份数的组分：2.如权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述第一金属粉为50～80份；和/或所述第一金属粉的粒径为0.5～10μm；和/或所述第一金属粉选自铟粉、锡铋合金粉、锡铋银铜合金粉、锡铋银合金粉、锡铟合金粉、银铟合金粉和银锌铟合金粉中的至少一种。3.如权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述第一有机溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和丙二醇乙醚中的至少一种；和/或所述第一活化剂选自L
‑
苹果酸、戊二酸、己二酸和衣康酸中的至少一种；和/或所述缓蚀剂选自苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑中的任意一种；和/或所述第一增稠剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种。4.如权利要求1～3任一项所述的浆料，其特征在于，所述微米金属粉为30
‑
50份，所述纳米金属粉为30
‑
50份；和/或所述微米金属粉的粒径为1
‑
10μm；和/或所述纳米金属粉的粒径为20～200nm；和/或所述微米金属粉选自微米银粉、微米铜粉、微米银铜合金粉、微米铝粉和微米银包铜粉中的至少一种；和/或所述纳米金属粉选自纳米铜粉、纳米银粉和纳米银铜合金粉中的至少一种。5.如权利要求1～3任一项所述的浆料，其特征在于，所述第二有机溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和丙二醇乙醚中的至少一种；和/或所述第二活化剂选自L
‑
苹果酸、戊二酸、己二酸和柠檬酸中的至少一种；和/或所述第二增稠剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种。
6.一种浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供权利要求1至5任一项所述的浆料中的各原料组分；将所述第一有机溶剂、所述第一活化剂、所述缓蚀剂、所述第一增稠剂和所述第一金属粉进行第一混合处理，得到所述第一焊接浆料；将所述第二有机溶剂、所述第二活化剂、所述第二增稠剂、所述微米金属粉和所述纳米金属粉进行第二混合处理，得到所述第二焊接浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：周训能，胡军辉，
申请(专利权)人：昆山百柔新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：