一种三维互联器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于三维互联器件技术领域，特别是涉及一种三维互联器件及其制备方法，三维互联器件包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属纳米片，所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中，所述骨架包括垂直排列的所述第一金属纳米片。本发明专利技术还提供了一种三维互联器件的制备方法，包括提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1

【技术实现步骤摘要】
一种三维互联器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于三维互联器件
，特别是涉及一种三维互联器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着芯片功率密度的提高和第三代半导体材料SiC的应用，电子元器件的集成和封装结构越来越复杂，电子系统中不断出现腔体、曲面、阶梯集成等特殊结构，对三维互联器件提出了新的要求。
[0003]由于现有的纳米焊膏无法较好的分散在溶剂中，其填充密度较小，易形成孔洞导致器件强度不足、甚至虚焊等问题，导致三维互联器件存在质量瑕疵。虽然现有技术在基板上可以得到金属纳米线阵列，实现较高密度焊膏的填充，但其工艺操作复杂，并且需要特定的掩模版和设备，无法实现大规模的应用。此外，三维互联器件中的金属纳米片配制成具有一定浓度的溶液时，由于配置的不规范且无有效的管道设置，导致传统技术中无法有效的取得垂直取向的金属纳米片，从而使得金属纳米片取向的混乱度增加，从而无法满足封装结构的需求，因此需要一种新的三维互联器件使得可以大规模进行应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术不足之处而提供一种三维互联器件及其制备方法。
[0005]本专利技术是通过以下的技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种三维互联器件，包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属微纳米片，所述金属微纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；所述第一金属微纳米片的长度为0.5
‑
10μm，宽度为0.5
‑
10μm，厚度为20
‑
800nm；所述第二金属微纳米片的长度为0.05
‑
0.5μm，宽度为0.05
‑
0.5μm，厚度为20
‑
800nm；所述第二金属微纳米片分散于所述第一金属微纳米片的间隙内，并形成交联位点；所述第一连接材料还包括金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种；所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中；所述骨架包括垂直排列的所述第一金属微纳米片。
[0006]优选的，所述金属纳米颗粒的添加量为0.1
‑
10wt%。
[0007]优选的，所述金属纳米颗粒直径为10
‑
500nm。
[0008]优选的，金属纳米线的添加量为0.1
‑
10wt%。
[0009]优选的，所述金属纳米线的截面直径为5
‑
50nm，长度为0.5
‑
10μm。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种三维互联器件的制备方法，包括：提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1
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8MPa、温度为200
‑
400℃条件下保温3
‑
50min。
[0011]优选的，所述预热温度为50
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120℃，预热时间为2
‑
50min。
[0012]上述第一连接材料的制备方法步骤为：（1）将金属微纳米片分散于有机溶剂中，通过超声搅拌配制成浓度为1
‑
100 mg/mL的溶液；（2）将步骤（1）的溶液以5
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30 mm/s的流速流过第一管道，得到平行排列的金属微纳米片流体，然后通过第二管道使所述金属微纳米片流体转向，得到垂直排列的金属微纳米片结构；（3）将所述金属微纳米片结构在温度为
‑
40～
‑
25℃，真空度为8～12Pa的条件下，冷冻干燥10～25h，得到第一连接材料。
[0013]优选的，步骤（1）中的金属纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；所述第一金属微纳米片的长度为0.5
‑
10μm，宽度为0.5
‑
10μm，厚度为20
‑
800nm；所述第二金属微纳米片的长度为0.05
‑
0.5μm，宽度为0.05
‑
0.5μm，厚度为20
‑
800nm；优选的，步骤（1）中将金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种分散于有机溶剂中。
[0014]优选的，步骤（1）中的金属微纳米片为包含铜、银、金、锡、镍或铟中的一种或多种的合金片或者核壳结构。
[0015]优选的，步骤（1）中的有机溶剂包含醇类溶剂或醚类溶剂中的一种或多种。
[0016]优选的，所述醇类溶剂包括乙醇、乙二醇、丙醇、1,2
‑
丙二醇、丙三醇或松油醇中的一种或多种。
[0017]优选的，所述醚类溶剂包括乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚或乙二醇单丁醚中的一种或多种。
[0018]优选的，步骤（1）中的超声功率为150
‑
300W，超声频率为20
‑
50kHz，超声时间为10
‑
30min。
[0019]优选的，步骤（2）中的所述第一管道为锥形管道，所述第一管道长度为100
‑
1000mm，所述第一管道的小直径端的截面直径为0.25
‑
0.6mm，所述第一管道的大直径端的截面直径为0.6
‑
20mm。
[0020]优选的，步骤（2）中的所述第二管道为圆形管道，所述第二管道与所述第一管道的小直径端相连。
[0021]优选的，步骤（2）中的所述第二管道的截面直径为0.5
‑
10mm，所述第二管道的长度为20
‑
100mm。
[0022]本专利技术具有如下的有益效果：将金属纳米片配制成具有一定浓度的溶液时，通过设置具有收缩横截面的锥形管道，显著降低了金属纳米片取向的混乱度，使得金属纳米片沿锥形管道边缘平行排列，然后通过截面直径较大的圆形管道，使平行排列的金属纳米片受到阶跃膨胀，从而获得垂直取向的金属纳米片结构。
[0023]本专利技术还提供了一种三维互联器件的制备方法，该制备方法可大大增加器件内结构的填充密度，提高了连接性能，增加了器件的可靠性。
[0024]其中，本专利技术所制备得到的第一连接材料还具有以下优点：本专利技术中在第一连接材料具有较好的柔性以及较高的填充密度，垂直取向的结构有利于垂直方向的互联，从而可对复杂结构的表面进行封装；本专利技术中在第一连接材料表面印刷焊膏后，预热，有利于助焊剂的挥发，使得在金属纳米片上形成微纳米孔，而微纳米孔有利于对印刷膏体的快速吸附；本专利技术中在第一连接材料的骨架可以限制焊膏的移动，在封装时有助于焊膏固定在该结构的范围内，可以避免焊膏溢出，从而有利于焊膏的印刷；本专利技术中第一连接材料的骨架还可以大大减少焊膏中助焊剂的使用，并可以增加还原剂的含量和金属颗粒的固含量。
附图说明
[0025]图1为三维互联器件示意图；图2为实例1制备垂直排列的铜微米片结构的示意图；图3为实例1制得的第一连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维互联器件，其特征在于，包括基板和芯片，所述基板和所述芯片通过连接层连接；所述连接层包括焊膏和第一连接材料，所述第一连接材料包括金属微纳米片，所述金属微纳米片包括第一金属微纳米片和第二金属微纳米片；所述第一金属微纳米片的长度为0.5
‑
10μm，宽度为0.5
‑
10μm，厚度为20
‑
800nm；所述第二金属微纳米片的长度为0.05
‑
0.5μm，宽度为0.05
‑
0.5μm，厚度为20
‑
800nm；所述第二金属微纳米片分散于所述第一金属微纳米片的间隙内，并形成交联位点；所述第一连接材料还包括金属纳米颗粒或金属纳米线中的一种或多种；所述焊膏填充于所述第一连接材料的骨架中；所述骨架包括垂直排列的所述第一金属微纳米片。2.根据权利要求1所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米颗粒的添加量为0.1
‑
10wt%。3.根据权利要求2所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米颗粒的直径为10
‑
500nm。4.根据权利要求1所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米线的添加量为0.1
‑
10wt%。5.根据权利要求4所述的一种三维互联器件，其特征在于，所述金属纳米线的截面直径为5
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50nm，长度为0.5
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10μm。6.一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，包括：提供基板，将第一连接材料设置于所述基板上，在所述第一连接材料表面印刷焊膏，预热后，贴装芯片，在压力为1
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8MPa、温度为200
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400℃条件下保温3
‑
50min。7.根据权利要求6所述的一种三维互联器件的制备方法，其特征在于，所述第一连接材料的制备方法步骤为：（1）将金属微纳米片分散于有机溶剂中，通过超声搅拌配制成浓度为1
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100 mg/mL的溶液；（2）将步骤（1）的溶液以5
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30 mm/s的流速流过第一管道，得到平行排列的金属微纳米片流体，然后通过第二管道使所述金属微纳米片流体转向，得到垂直排列的金属微纳米片结构；（3）将所述金属微纳米片结构在温度为
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40～
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25℃，真空度为8～12Pa的条...

【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：