一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电子功率器件封装界面材料技术领域，具体公开了一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用，本发明专利技术的第一个目的是要提供一种可低温烧结银铜复合导电浆料，包括以下重量百分比的组分：微米铜颗粒20

【技术实现步骤摘要】
一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电子功率器件封装界面材料
，特别是一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着新能源(电动汽车、风电、光伏)、工业、电源、变频以及IOT设备的需求带动下，第三代半导体碳化硅、氮化镓将占据未来功率器件的主体市场。碳化硅和氮化镓通常都用于较为恶劣的高温或者高辐照条件下，所以对封装材料的要求也比传统的半导体器件或集成电路的要求更高，功率器件的封装材料要求具有良好的导热性。
[0003]目前，传统的封装材料都是在高温下进行烧结的，不可避免的会对基底器件造成一些物理损害。采用纳米银颗粒既可以实现低温烧结，还能避免由于温度过高带来的金属间化合物生长问题，具有很好的应用前景。通过纳米银实现低温烧结在之前已有报道，但是前人的研究的问题在于全部使用纳米银成本过高，使用的水基溶剂太易于挥发，不利于大规模产业化应用。加入金属铜后，可以有效的降低成本，并且还可以改善浆料的性能。
[0004]如中国专利申请号CN202110494206.4公开的一种玻璃料、导电浆料及在制备陶瓷介质滤波器电极中应用。导电浆料主要包括玻璃料、有机载体以及导电颗粒；导电颗粒包括银粉和铜粉；银粉包括片状银粉和纳米银粉以及粒径为0.8
‑
1.6μm的圆球状银粉，其中，所述片状银粉占所述银粉总质量的7～15％，所述纳米银粉占所述银粉总质量的3～7％；该导电浆料在固化的过程中会形成致密性、Q值均较佳且表面光滑的层结构。该导电浆料虽然也使用了纳米银粉，微米银片，微米银颗粒搭配少量铜粉制备了导电浆料，但是铜粉占金属颗粒的比例少，成本高，而且浆料成分中有玻璃粉等高熔点材料，大大提高了烧结温度。
[0005]如中国专利申请号CN202210779926.X公开的一种银包铜银浆及其制备方法，一种银包铜银浆包括以下重量份的组分：微米银粉22～25份、纳米银粉40～50份、银包铜粉20～22份、环氧树脂2.5～9份、环氧固化促进剂0.1～0.5份、有机溶剂2～4份和硅烷偶联剂0.5～1份；其制备方法包括：准确称取各组分，将各组分按照先后顺序混合搅拌，即得银碳混合浆料。本申请的银包铜银浆能够降低银浆的生产成本，同时还能够提升银浆的导电性能，从而扩大HJT异质结太阳能电池的应用范围。该银包铜银浆虽然也能够实现在低温下固化，但是电阻率较高，电阻率数量级达到1
×
10
‑5Ωcm，并且银包铜粉制备复杂，造成工艺流程困难。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0008]本专利技术的第一个目的是要提供一种可低温烧结银铜复合导电浆料，包括以下重量百分比的组分：
[0009][0010]进一步地，所述微米铜颗粒的形状为球形，平均粒径为1
‑
10μm。
[0011]进一步地，所述纳米银片的形状为片状，纳米银片的平面平均直径为100
‑
2000nm，平均厚度为5
‑
500nm，其片状平面直径与厚度之比大于2。
[0012]进一步地，所述纳米银颗粒的形状为球形，平均粒径为1
‑
100nm。
[0013]进一步地，所述有机载体可以包含有1，2
‑
丙二醇、乙二醇、松油醇、DBE中的一种有机溶剂或者多种组合的混合有机溶剂。
[0014]进一步地，所述有机载体还可以包含有机树脂、流变剂、表面活性剂中的一种或多种组合，有机树脂、流变剂、表面活性剂中的一种或多种组合占有机载体的重量百分比为0
‑
3％。
[0015]优选地，所述纳米银颗粒的平均粒径为3
‑
8nm。
[0016]本专利技术的第二个目的是要提供一种可低温烧结银铜复合导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]按重量百分比称取微米铜颗粒、纳米银片、纳米银颗粒、有机载体，将微米铜颗粒、纳米银片、纳米银颗粒加入有机载体中，然后用研钵或者三辊轧机研磨均匀，得到可低温烧结银铜复合导电浆料。
[0018]本专利技术的第三个目的是要提供一种可低温烧结银铜复合导电浆料在作为功率半导体器件的芯片封装和连接材料中的应用，具体地，采用热压工艺将所述可低温烧结银铜复合导电浆料封装在半导体器件的芯片上，其工艺条件为：压力0.1MPa
‑
1MPa，烧结温度180
‑
250℃，烧结时间为15
‑
30分钟，保温时间为10分钟。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术提供的可低温烧结银铜复合导电浆料采用了多种不同尺寸和不同形貌的银和铜，用大尺寸的银片和微米铜颗粒做骨架，小尺寸的纳米银颗粒作为填充，从而减小间隙提高性能。
[0021]本专利技术的可低温烧结银铜复合导电浆料采用了大量的微米铜颗粒，改善了浆料的导热性能和导电性能，同时还能有效降低成本。
[0022]本专利技术的可低温烧结银铜复合导电浆料由于加入了小尺寸的纳米银颗粒，实现了低温烧结，烧结温度180
‑
250℃，比传统的器件封装材料烧结温度更低。
[0023]本专利技术的可低温烧结银铜复合导电浆料加入了沸点为250℃以下的有机溶剂，在180
‑
250℃的烧结温度下能够确保有机溶剂全部分解挥发，从而减少了有机物对性能的影响。
附图说明
[0024]图1为实施例1
‑
4与对比例1中添加的纳米银颗粒的TEM图；
[0025]图2为实施例1
‑
4与对比例1中添加的纳米银片的SEM图；
[0026]图3为实施例1
‑
4中添加的微米铜颗粒的SEM图；
[0027]图4为实施例5的烧结体微观结构SEM图；
[0028]图5为实施例6的烧结体微观结构SEM图；
[0029]图6为实施例7的烧结体微观结构SEM图；
[0030]图7为实施例8的烧结体微观结构SEM图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定专利技术。
[0032]以下实施例中，所用试剂信息如表1所示，所用实验仪器除特别申明外均为市购。其中，纳米银颗粒的形貌与大小如图1所示，纳米银片的形貌与大小如图2所示，微米铜颗粒的形貌与大小如图3所示。
[0033]表1
[0034][0035][0036]实施例1
[0037]称取10g松油醇，然后向松油醇(即有机载体主要成分为松油醇，当然也可以根据需要添加0
‑
3％的有机树脂、流变剂、表面活本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：微米铜颗粒
ꢀꢀꢀ
20
‑
80％；纳米银片
ꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
60％；纳米银颗粒
ꢀꢀꢀ1‑
20％；有机载体
ꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
10％。2.根据权利要求1所述的可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征在于：所述微米铜颗粒的形状为球形，平均粒径为1
‑
10μm。3.根据权利要求1所述的可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征在于：所述纳米银片的形状为片状，纳米银片的平面平均直径为100
‑
2000nm，平均厚度为5
‑
500nm，其片状平面直径与厚度之比大于2。4.根据权利要求1所述的可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征在于：所述纳米银颗粒的形状为球形，平均粒径为1
‑
100nm。5.根据权利要求1所述的可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征在于：所述有机载体包含有1，2
‑
丙二醇、乙二醇、松油醇、DBE中的一种有机溶剂或者多种组合的混合有机溶剂。6.根据权利要求1所述的可低温烧结银铜复合导电浆料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨至灏，胡雳，何海英，邹婉莹，吕建璋，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：