一种原位碳基铜焊膏及其制备方法技术

本发明专利技术属于焊接材料技术领域，具体涉及一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，铜焊膏的组分包括：铜粉、石墨、溶剂和保护剂；铜焊膏通过以下方法制备而成：将微米球形铜的粉体、石墨粉体、溶剂和保护剂加入到球磨机中，球磨转速200rpm～800rpm，球磨时间为3h～30h，磨球直径1mm～30mm。本发明专利技术焊膏原料一次性加入到球磨机后原位成型为碳基铜焊膏，相对于现有技术不需要先做出铜剂，再清洗，再干燥，再加溶剂等步骤，避免铜粉体干燥时的团聚以及氧化风险，节约时间，更加方便，高效。采用本发明专利技术制备的碳基铜焊膏，可烧结性强，可以实现低温快速烧结，制备方法更加简单，适合产业化。适合产业化。适合产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种原位碳基铜焊膏及其制备方法


[0001]本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种原位碳基铜焊膏及其制备方法。

技术介绍

[0002]在功率半导体封装技术中，焊接是关键的工艺步骤之一。焊接材料的选择和性能直接影响到封装器件的可靠性和性能。传统的焊接材料如铅锡焊料由于环境和健康问题逐渐受到限制，锡基合金由于其低熔点，也逐渐不能适应芯片高结温的发展趋势，因此需要开发替代品，能满足大功率器件的封装需求。
[0003]纳米材料由于其独特的熔点随尺寸显著降低的特性，受到了广泛的关注。铜纳米焊膏因其成本低，导电导热性能优异，可靠性高等优势脱颖而出。但是铜易于氧化，这大大降低了其可烧结性能。虽然CN103521945A提出的一种纳米银包覆铜粉低温烧结焊膏，然而从成本、可控性、易操作性等方面综合来看，效果并不显著。CN107267938A公开了一种用磁控溅射的方式给铜纳米颗粒镀膜的方法，但是需要昂贵的设备，额外的保护气氛围。CN115401363A公开了一种碳包铜微纳米片的结构，但是需要特殊设备。
[0004]此外，目前大多数的铜焊膏均采用制备好颗粒之后再进行焊膏的配置，增加了额外的步骤和铜氧化的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，以快速高效地制备铜焊膏，避免铜氧化的风险。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的方案为：一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，铜焊膏的组分包括：铜粉、石墨、溶剂和保护剂；
[0007]铜焊膏通过以下方法制备而成：
[0008]将微米球形铜的粉体、石墨粉体、溶剂和保护剂加入到球磨机中，球磨转速200rpm～800rpm，球磨时间为3h～30h，磨球直径1mm～30mm。
[0009]本方案的工作原理及有益效果在于：
[0010]在球磨过程中，微米球形铜颗粒之间发生多次碰撞和摩擦，同时受到磨球的挤压和剪切力。这些力的作用下，微米球形铜逐渐发生变形和塑性流动，球形的铜微米颗粒逐渐被铣成片状。同时石墨粉体也被冲击和剥离，逐渐变成少层石墨，分散在浆料中。由于浆料中存在表面活性剂以及溶剂的成分，因此无论是铜粉体还是少层石墨均可以良好的分散。保护剂也可以作为分散剂，有助于将颗粒分散在溶剂中，避免颗粒的团聚和堆积。这样可以增加石墨颗粒与球磨介质之间的接触机会，促进粉体的剥离和分散。此外，球磨过程中由于机械力和摩擦产生的热量会使系统温度升高，可能对粉体的形成和稳定性产生不利影响，保护剂和溶剂也可以起到冷却的作用，吸收和带走部分热量，保持适宜的温度范围，有助于防止石墨烯的破坏和过度破碎。并且保护剂可以在粉体表面形成一层保护层，降低粉体与环境中的氧气和水分的接触，减少氧化反应的发生。这有助于保护粉体的结构完整性。
[0011]采用本方案制备的碳基铜焊膏，可烧结性强，可以实现低温快速烧结。
[0012]本方案中，焊膏原料一次性加入到球磨机后原位成型为碳基铜焊膏，相对于现有技术不需要先做出铜剂，再清洗，再干燥，再加溶剂等步骤，避免铜粉体干燥时的团聚以及氧化风险，节约时间，更加方便，高效。
[0013]本方案中，制备方法更加简单，适合产业化。
[0014]可选地，铜焊膏中还包括表面活性剂，表面活性剂包含十六烷基三甲基溴化铵、溴化十六烷基铵，十二烷基硫酸钠、辛基苯磺酸钠、辛醇聚氧乙烯醚、聚山梨醇醚的至少一种；在制备铜焊膏时，与其他原料一起加入到球磨机中。
[0015]可选地，溶剂包含乙醇、乙二醇、松油醇、聚乙二醇、甘油、一缩二乙二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇、二甲苯、正庚烷、甲苯、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺的至少一种。
[0016]可选地，保护剂包括乙二醇。
[0017]可选地，微米球形铜1μm～100μm，石墨粉体直径3000目～50目。
[0018]可选地，石墨粉体与微米球形铜的质量之比不大于2:98。
[0019]可选地，溶剂的加入量占比为10～25wt％，表面活性剂的加入量为0.1～1wt％。
[0020]可选地，球磨机采用行星球磨机。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例一中原位形成碳基铜焊膏的原理示意图。
具体实施方式
[0022]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0023]说明书附图中的标记包括：天然鳞片石墨1、微米球形铜颗粒2、碳基铜焊膏3。
[0024]实施例一
[0025]本实施例基本如图1所示：一种原位碳基铜焊膏及其制备方法:
[0026]将1μm的微米球形铜颗粒2与3000目的天然鳞片石墨1放入行星球磨机的球磨罐中混合，天然鳞片石墨1和微米球形铜颗粒2的质量之比为1:99，再加入乙二醇和十六烷基三甲基溴化铵，其中乙二醇占比为总质量的15％，十六烷基三甲基溴化铵占比为总质量的0.5％，在容器中搅拌并超声，保证物料的均匀。
[0027]将混合物转移到250mL的行星球磨机的不锈钢磨罐中，用2mm直径不锈钢球作研磨介质。球磨参数设定为800rpm，球磨时间为3h。
[0028]球磨结束的混合物即为碳基铜焊膏3。
[0029]实施例二
[0030]将100μm的球形铜微米颗粒与50目的天然鳞片石墨1放入行星球磨机的球磨罐中混合，天然鳞片石墨1和微米球形铜颗粒2的质量之比为2:98，再加入乙二醇和N
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甲基吡咯烷酮(1：1)以及聚山梨醇醚，其中乙二醇和N
‑
甲基吡咯烷酮质量之和占比为总质量的15％，聚山梨醇醚占比为总质量的0.1％，然后在容器中搅拌并超声，保证物料的均匀；
[0031]将混合物转移到250mL的行星球磨机的不锈钢磨罐中，用2mm直径不锈钢球作研磨介质。球磨参数设定为200rpm，球磨时间为30h；
[0032]球磨结束的混合物即为碳基铜米焊膏3。
[0033]以上的仅是本专利技术的实施例，该专利技术不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前专利技术所属
所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本专利技术的保护范围，这些都不会影响本专利技术实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，其特征在于：铜焊膏的组分包括：铜粉、石墨、溶剂和保护剂；铜焊膏通过以下方法制备而成：将微米球形铜的粉体、石墨粉体、溶剂和保护剂加入到球磨机中，球磨转速200rpm～800rpm，球磨时间为3h～30h，磨球直径1mm～30mm。2.根据权利要求1所述的一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，其特征在于：铜焊膏中还包括表面活性剂，表面活性剂包含十六烷基三甲基溴化铵、溴化十六烷基铵，十二烷基硫酸钠、辛基苯磺酸钠、辛醇聚氧乙烯醚、聚山梨醇醚的至少一种；在制备铜焊膏时，与其他原料一起加入到球磨机中。3.根据权利要求1所述的一种原位碳基铜焊膏及其制备方法，其特征在于：溶剂包含乙醇、乙二醇、松油醇、聚乙二醇、甘油、一缩二乙二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显平，戴东方，李金城，钱靖，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：