一种微米铜与纳米银复合焊料及其制备方法和封装方法技术

本发明专利技术公开一种微米铜与纳米银复合焊料及其制备方法和封装方法，该复合焊料包括银包铜粉、银粉、银前驱体和有机载体。微米级银包铜颗粒与纳米级银颗粒复合制作烧结焊料，提高了金属颗粒的堆垛密度；银包铜粉的加入降低了材料成本，克服了银的抗离子迁移能力差的问题，同时克服了铜的易氧化问题，提高了烧结焊料的综合性能。有助于封装效率和质量的提升。制备方法，按照原料比例进行混合即可以制备得到，制备简便，便于工业大规模制备。便于工业大规模制备。便于工业大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
一种微米铜与纳米银复合焊料及其制备方法和封装方法


[0001]本专利技术属于电子封装
，具体涉及一种微米铜与纳米银复合焊料及其制备方法和封装方法。

技术介绍

[0002]随着碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体得到广泛应用，功率器件的服役环境日益恶劣，对封装材料的导电和导热性能有了更高的要求，在此情况下，纳米银低温烧结技术得到了快速发展。然而，采用纯纳米银烧结的浆料所制作的接头存在几个缺点限制了其应用：1.材料成本高；2.银的抗离子迁移能力很差。烧结铜浆料虽然具有材料成本低、导电性和导热性好、抗离子迁移能力强，但铜相比于银活性太强，铜颗粒做的越小就越容易被氧化，而大尺寸铜颗粒的烧结性能又很差。
[0003]现有技术是将纳米金属颗粒(如银或铜)和有机载体(如助焊剂、高沸点溶剂等)机械混合，获得单一金属烧结浆料。封装过程中，将浆料印刷于基板，而后贴片，进行热压焊接工艺，获得以多孔烧结银或铜为主体的高熔点焊点结构。而这种单一金属烧结焊料存在以下几点问题：1.纯纳米银烧结焊料成本过高，抗离子迁移能力差；2.纯纳米铜焊料极易被氧化，烧结性能差。3.单一尺寸的金属颗粒堆垛密度不高，从而导致最终的烧结组织致密度不高。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种微米铜与纳米银复合焊料，微米银包铜颗粒与纳米银颗粒复合制作烧结焊料，克服了纯银焊料成本高、抗离子迁移能力差的缺点；克服了纯纳米铜烧结焊料易氧化的缺点；提升复合焊料的烧结组织致密度和导热性能；增强焊点服役的机械可靠性。
[0005]本专利技术的第二个目的是为了提供一种微米铜与纳米银复合焊料的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的是为了提供一种微米铜与纳米银复合焊料的封装方法。
[0007]实现本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0008]一种微米铜与纳米银复合焊料，包括以下组分：银包铜粉、银粉、银前驱体和有机载体。
[0009]进一步的，有机载体的质量分数为11.15
‑
21.5wt％；银前驱体的的质量分数为0.1
‑
0.5％；余量的银包铜粉和银粉，其中银包铜粉和银粉的质量比为(5
‑
1)：1。
[0010]进一步的，所述银包铜颗粒的尺寸为0.5
‑
10μm；优选的为1μm。
[0011]进一步的，所述纳米银颗粒的尺寸为10
‑
100nm；优选的为30
‑
50nm。
[0012]进一步的，所述银前驱体为氧化银、硝酸银、草酸银、碳酸银、柠檬酸银或乙酸银中的一种或两种以上的组合物。
[0013]进一步的，所述有机载体包括有机溶剂、触变剂、烧结助剂和消泡剂。
[0014]进一步的，所述有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、乙二醇、正丁醇、三乙二醇丁醚、
甲基卡必醇或乙二醇丁醚中的一种或两种以上的组合物。
[0015]进一步的，触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡或氢化蓖麻油中的一种或两种以上的组合物。
[0016]进一步的，烧结助剂为丁二酸、戊二酸、己二酸、衣康酸、二溴丁二酸、十六烷基三甲基溴化铵、氟碳表面活性剂或三乙醇胺中的一种或两种以上的组合物。
[0017]进一步的，消泡剂为磷酸三丁酯和/或羟基硅油。
[0018]实现本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0019]一种微米铜与纳米银复合焊料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S11：将银包铜粉和银粉按比例混合，得到混合粉末；
[0021]S12：向混合粉末中加入银前驱体，并加入有机载体进行混合，获得所述微米铜与纳米银复合焊料。
[0022]进一步的，步骤S12中混合包括采用离心机，转速为500
‑
2000rpm，离心1
‑
3min。
[0023]进一步的，步骤S12中混合过程包括研磨；优选的，采用球磨、辊磨、棒磨中任一种。
[0024]实现本专利技术的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0025]一种封装方法，使用上述任一所述的一种微米铜与纳米银复合焊料。
[0026]进一步的，包括以下步骤，
[0027]S21：将上述任一所述的一种微米铜与纳米银复合焊料印刷于基板上，得到涂覆焊料的基板；
[0028]S22：将涂覆焊料的基板进行烘烤，然后贴片形成封装结构；
[0029]S23：将封装结构进行热压焊接，获得焊点，完成封装。
[0030]进一步的，步骤S22中烘烤温度为80
‑
140℃，时间为10
‑
50min。
[0031]进一步的，步骤S23中热压焊接的条件为：温度为180
‑
280℃，压力为1
‑
10MPa，时间为2
‑
10min。
[0032]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0033]1、本专利技术的一种微米铜与纳米银复合焊料，包括银包铜粉、银粉、银前驱体和有机载体，微米级银包铜颗粒与纳米级银颗粒复合制作烧结焊料，提高了金属颗粒的堆垛密度；银包铜粉的加入降低了材料成本，克服了银的抗离子迁移能力差的问题，同时克服了铜的易氧化问题，提高了烧结焊料的综合性能。
[0034]2、本专利技术一种微米铜与纳米银复合焊料的制备方法，按照原料比例进行混合即可以制备得到，制备简便，便于工业大规模制备。
[0035]3、本专利技术一种封装方法，使用微米铜与纳米银复合焊料，通过现有的封装条件即可以实现，不需要对封装工艺进行大的改动，有助于封装效率和质量的提升。
附图说明
[0036]图1为银包铜颗粒SEM形貌图；
[0037]图2为银纳米颗粒SEM形貌图；
[0038]图3为焊点截面SM形貌图；
[0039]图4为焊点截面SM形貌图。
具体实施方式
[0040]下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]现有技术中的单一金属烧结焊料，存在焊料颗粒堆垛密度不高、纯银烧结焊料成本高、抗离子迁移能力差、纯铜烧结焊料易氧化烧结性能差等问题，因此本专利技术提供一种微米铜与纳米银复合焊料及其制备方法和封装方法。
[0042]一种微米铜与纳米银复合焊料，包括以下组分：银包铜粉、银粉、银前驱体和有机载体。
[0043]通过将微米银包铜颗粒与纳米银颗粒复合制作烧结焊料，铜的加入减少了银的用量，因此降低了焊料的成本；并且单纯的银抗离子迁移能力差，铜是一种抗离子迁移能力强的金属，因此加入铜能够增强焊料的抗离子迁移能力。但是铜相比于银活性太强，铜颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米铜与纳米银复合焊料，其特征在于，包括以下组分：银包铜粉、银粉、银前驱体和有机载体。2.根据权利要求1所述的一种微米铜与纳米银复合焊料，其特征在于，有机载体的质量分数为11.15
‑
21.5wt％；银前驱体的的质量分数为0.1
‑
0.5％；余量的银包铜粉和银粉，其中银包铜粉和银粉的质量比为(5
‑
1)：1。3.根据权利要求1所述的一种微米铜与纳米银复合焊料，其特征在于，所述银包铜颗粒的尺寸为0.5
‑
10μm；优选的为1μm；所述纳米银颗粒的尺寸为10
‑
100nm；优选的为30
‑
50nm。4.根据权利要求1所述的一种微米铜与纳米银复合焊料，其特征在于，所述银前驱体为氧化银、硝酸银、草酸银、碳酸银、柠檬酸银或乙酸银中的一种或两种以上的组合物；所述有机载体包括有机溶剂、触变剂、烧结助剂和消泡剂。5.根据权利要求4所述的一种微米铜与纳米银复合焊料，其特征在于，所述有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、乙二醇、正丁醇、三乙二醇丁醚、甲基卡必醇或乙二醇丁醚中的一种或两种以上的组合物；触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡或氢化蓖麻油中的一种或两种以上的组合物；烧结助剂为丁二酸、戊二酸、己二酸、衣康酸、二溴丁二酸、十六烷基三甲基溴化铵、氟碳表面活性剂或三乙醇胺中的一种或两种以上的组合物；消泡剂为磷酸三丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜智鹏，吴敏瑶，
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：