低温无压烧结银浆、制备方法、应用方法以及封装结构技术

本发明专利技术公开了低温无压烧结银浆、制备方法、应用方法以及封装结构，其中低温无压烧结银浆包括短链脂肪酸铜盐、片状银粉、乙二醇和助剂。本方案有机残留低，产品导电性能、导热性能较好，分解温度可达到250℃以下，从而避免烧结温度过高导致元器件和集成电路板损坏；在烧结过程中，铜结晶能较好地填补银粉之间以及导电浆料与金属基材表面之间的空隙，增加银浆致密性和银浆在金属基材表面的附着力；在烧结完成后，在银粉间隙处生成铜结晶，形成铜

【技术实现步骤摘要】
低温无压烧结银浆、制备方法、应用方法以及封装结构


[0001]本专利技术涉及导电材料领域，尤其涉及低温无压烧结银浆、制备方法、应用方法以及封装结构。

技术介绍

[0002]目前集成电路朝小型化，功能化发展、要求封装材料具备高功率密度、高集成化、耐高工作电压等特点。传统的芯片封装材料包括锡焊膏和导电胶，锡焊膏是通过锡熔融与基板和元器件上的金属镀层形成合金进而达到封装效果；然而锡本身的导热导电性能不如银铜等金属，受此限制，传统的锡焊膏的导热系数往往低于60W/m
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k；此外，锡还存在高低温循环导致孔洞、粘接性能低等可靠性问题，不能适应集成电路中耐高压、耐环境温差、高粘结性能和高精密度的需求。导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常需要以有机树脂作为粘接相，导电填料粒子作为导电体，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，在固化后形成了导电胶的分子骨架结构，导电填料粒子形成导电通路，实现被粘材料的导电连接；然而，以有机树脂作为粘接相的方式，有机残留高，会阻碍银颗粒间的电子移动，从而导致导电粘接胶的导热系数往往很难超过20W/m
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k，特别是一些光固化导电胶中，由于导电填料的遮光性较好，使树脂难以完全固化，从而导致导电胶与基材之间的粘结性能变差。因此，低有机残留、高导电导热性能的导电浆料成为锡焊膏和环氧导电胶的理想替代品。
[0003]由于银和铜的导电性能较好，因此，银粉末和铜粉末通常作为导电浆料中的导电相，常用的基材表面设置银/铜层，且导电浆料通常烧结在银/铜层上，单一的银浆或铜浆在不添加有机相增加粘结力的情况下，仅能适用于与其材料一致的基材表面层，具体来说，导电银浆在铜基材表面的粘结性较差，导电铜浆在银基材表面的粘结性能较差。
[0004]其次，铜粉在高温环境下极易氧化，氧化后的氧化铜不具备导电性，因此，稳定性能较差，为解决铜粉易氧化的问题，现有技术中通常采用银包铜颗粒代替单一的铜粉，银包铜颗粒的制备主要有两种：一种是先对铜粉进行表面预处理，再通过银沉积或银盐结晶的方式将银包裹于铜颗粒的外部；另一种是在铜粒子外部电镀银的方式形成内铜外银的球壳结构的银包铜粉；银包铜结构不仅保持了原有金属铜芯核的物理性能，还具有银包覆层优良的金属特性，提高了单纯铜粉的抗氧化性和热稳定性，保持了铜和银的高电导性。然而，一方面，通过银盐镀覆在铜粉表面的方式通常需要先对铜粉进行预处理，通常需要将氯化亚锡作为敏化剂对铜粉进行活化、敏化处理，进行敏化处理后，需要清洗铜粉，若未将敏化剂清洗彻底，容易有氯离子残留，因此在银沉积时，容易引发银和铜之间的置换反应，从而导致银无法较好地沉积在铜表面，甚至可能导致铜发黑，影响导电性能，如申请公布号为CN1176234C，专利名称为《耐高温抗氧化贱金属组合物及其生产方法》，需要在对铜粉进行敏化处理后重复进行三次清洗，工艺复杂；另一方面，由于银包裹在铜的外部，因此通常以银作为粘接相，若导电浆料应用于铜基材上，则需另外添加有机相，如申请公布号为CN114639500A，专利名称为《一种银掺杂银包铜双组分烧结型导电浆料及其制备方法》的发
明专利，使用银掺杂银包铜结合有机相制备导电浆料，增加了导电浆料的有机残留，导电性能减弱；同时，银包铜粉的制备过程繁琐，工艺复杂。
[0005]另外，银和铜的熔点均在900℃以上，传统的微米银粉、铜粉需要加热到至少700℃以上才能熔融起到封装粘接作用，然而，大量的元器件和集成电路板不能耐250℃以上的高温。现有的解决方式是采用纳米级的金属颗粒，纳米银浆、纳米铜浆可以在低至250℃下烧结熔融。但是，当金属尺寸降到纳米时，金属表面能会显著提高，化学活性明显提升，因此，金属纳米粉在烧结过程中极易氧化，另外，金属纳米粉末价格昂贵、银迁移、纳米铜在空气中受热易氧化、金属纳米粉在室温下易团聚，室温下工艺稳定性差等问题均限制了纳米铜浆、纳米银浆的应用。

技术实现思路

[0006]因此，为解决上述问题，本专利技术提供了低温无压烧结银浆、制备方法、应用方法以及封装结构。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：低温无压烧结银浆，包括按重量计的以下材料：短链脂肪酸铜盐
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17份
‑
24份；银粉
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69份
‑
76份；乙二醇
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3份
‑
7份；助剂
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0份
‑
0.2份；所述短链脂肪酸铜盐在D50的粒径范围为2um
‑
5um，分解温度≤300℃；所述银粉为片状银粉，所述银粉在D50的粒径范围为2um
‑
5um，且D
max
<15um，振实密度>4.0g/cm3。
[0008]优选的，所述短链脂肪酸铜盐为表面键合有短链脂肪酸和/或短链脂肪酸盐的铜盐，所述短链脂肪酸铜盐中短链脂肪酸的碳原子数≤4。
[0009]优选的，所述短链脂肪酸铜盐为短链脂肪酸草酸铜/醋酸铜/四水合甲酸铜中的一种。
[0010]优选的，所述助剂包括润湿剂和增稠剂，所述增稠剂和润湿剂的质量比为1：3至1：5。
[0011]优选的，所述润湿剂包括辛酸、癸酸、月桂酸、豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、花生酸的一种或多种。
[0012]优选的，所述增稠剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、棕榈蜡的一种或多种。
[0013]优选的，所述低温无压烧结银浆的粘度≤80Kcps，刮板细度<10um，分解温度≤250℃。
[0014]低温无压烧结银浆的制备方法，使用如上所述的低温无压烧结银浆，包括以下步骤：步骤S1：将乙二醇和助剂在90℃的温度下加热搅拌分散均匀，形成第一混合液；步骤S2：第一混合液冷却至室温后，将银粉和短链脂肪酸铜盐加入第一混合液中，研磨直至刮板细度＜10 um后，制成低温无压烧结银浆。
[0015]低温无压烧结银浆的应用方法，包括以下步骤：步骤一：将如权利要求1
‑
7任一所述的低温无压烧结银浆涂布在镀有铜或银层的
基材表面；步骤二：将涂布有银浆的基材放入烤箱，自室温升温至150℃，升温速率为15℃/min；步骤三：将涂布有银浆的基材在150℃的温度下保温45min；步骤四：将涂布有银浆的基材继续升温至200℃
‑
250℃，升温速率为25℃/min，完成银浆烧结。
[0016]封装结构，包括基材以及烧结在所述基材上的银浆层，所述银浆层根据如上所述的低温无压烧结银浆的应用方法制备而成，所述银浆层内形成铜
‑
银导电网络结构，所述铜
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银导电网络结构中包括银粉区域和形成于所述银粉区域之间的铜结晶区域，所述银浆层的铜结晶区域与所述基材粘接。
[0017]本专利技术技术方案的有益效果主要体现在：1、采用短链脂肪酸铜盐，一方面，短链脂肪酸易挥发，在银浆烧结后，短链脂肪酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低温无压烧结银浆，其特征在于：包括按重量计的以下材料：短链脂肪酸铜盐
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17份
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24份；银粉
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69份
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76份；乙二醇
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3份
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7份；助剂
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0份
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0.2份；所述短链脂肪酸铜盐在D50的粒径范围为2um
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5um，分解温度≤300℃；所述银粉为片状银粉，所述银粉在D50的粒径范围为2um
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5um，且D
max
<15um，振实密度>4.0g/cm3。2.根据权利要求1所述的低温无压烧结银浆，其特征在于：所述短链脂肪酸铜盐中短链脂肪酸的碳原子数≤4。3.根据权利要求2所述的低温无压烧结银浆，其特征在于：所述短链脂肪酸铜盐为短链脂肪酸草酸铜/醋酸铜/四水合甲酸铜中的一种。4.根据权利要求1所述的低温无压烧结银浆，其特征在于：所述助剂包括润湿剂和增稠剂，所述增稠剂和润湿剂的质量比为1：3至1：5。5.根据权利要求4所述的低温无压烧结银浆，其特征在于：所述润湿剂包括辛酸、癸酸、月桂酸、豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、花生酸的一种或多种。6.根据权利要求4所述的低温无压烧结银浆，其特征在于：所述增稠剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、棕榈蜡的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈实，涂照康，黄勇，余俊雄，熊勇，
申请(专利权)人：先禾新材料苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：