一种低温无压半烧结导电银胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温无压半烧结导电银胶及其制备方法，纳米银60%

【技术实现步骤摘要】
一种低温无压半烧结导电银胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种低温无压半烧结导电银胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源革命的不断推进，可实现高效电能转换的功率模块在柔性高压直流输电、轨道交通、新能源汽车等领域的广泛应用。而中高功率领域的运行环境也对功率模块的芯片结温、功率密度、可靠性等提出了更高的要求。英飞凌第五代Si基IGBT5器件的最高工作结温可达到175℃，而以SiC为代表的第三代新型功率半导体器件可以在250℃以上温度持续工作，更苛刻的工作环境使得功率模块的封装面临越来越多的挑战。为了避免模块在服役过程中蠕变对芯片与衬板焊接界面可靠性的影响，焊接所用钎料的熔点应高于0.8Tm(Tm:工作结温绝对温度)，因此传统模块封装中所使用的 Sn
‑
3.0Ag
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0.5Cu钎料(熔点217℃)将难以满足工作结温高于125℃的高可靠性要求。熔点温度高于250℃的钎料，如Au
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20Sn、Sn
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95Pb、Au
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3Si、Zn
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5Al等，由于价格、可焊性、环境污染等因素难以实现大面积应用，熔点温度也难以满足SiC基功率器件的应用需求。传统的导电银胶，这种材料具有良好的点胶性能，但由于有限的填料负载和仅限于金属与金属接触的导电性，无法实现超高的导热性能。
[0003]纳米银半烧结导电银胶与常规钎料及传统导电银胶相比具有熔点高、热导率系数高、抗蠕变性能优良等特点，通过低温烧结技术可以实现低温连接( 烧结温度可以控制在150～300℃) 、高温服役(理论服役温度可达到 700℃以上) ，因此特别适合作为大功率模块的封装材料。
[0004]纳米银半烧结导电银胶是烧结银和树脂体系的结合，加工过程与标准芯片粘接剂相似，具有优秀稳定的可靠性，一流的导电和导热性能。其主要成分是由纳米银，微米银、少量树脂、固化剂、溶剂及其它助剂所组成。纳米银一般是指金属颗粒尺寸在1～300nm之间的单质银，由于尺寸效应，纳米银的熔点和烧结温度远低于块状银（961.93℃）。纳米银颗粒在室温下即具有较高的表面活性和表面能，因此为了避免纳米银颗粒在常温下团聚在一起，通常需要在纳米银表面包覆一层有机物。在烧结过程中，随着烧结温度的升高，有机物包覆层分解挥发，纳米银颗粒在表面能的驱动下相互之间形成颈连，颗粒之间的孔隙率逐渐减小，最终形成具有类似块状银性质的烧结材料。
[0005]第三代新型中高功率半导体器件的封装对芯片结温、功率密度、可靠性等提出了更高的要求，而传统的导电银胶与常规钎料的熔点、热导率系数、抗蠕变性能无法满足未来发展需求；且金属纳米粒子由于它们的高表面自由能使它们容易聚集在一起，制备均匀分散的纳米银是半烧结导电银胶的一个关键的挑战，半烧结导电银胶目前所用纳米银主要还是进口为主，价格昂贵、货期长且不能根据实际应用需求随时更换合适的溶剂来制备纳米银。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种低温无压半烧结导电银胶及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低温无压半烧结导电银胶，包括如下质量百分比的物质：纳米银60%
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80%、微米银10%
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30%、环氧树脂3%
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10%、固化剂0.5%
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2.0%、偶联剂1.0%
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3.0%、触变剂0.2%
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0.5%、溶剂0.5%
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2.0%。
[0008]一种低温无压半烧结导电银胶的制备方法，包括上述的原料配比，具体步骤为：S1：首先称取固化剂加入玻璃瓶内，再加入相等质量的溶剂，将磁力搅拌子放入玻璃瓶后，在室温状态下进行磁力搅拌，转速设定为200rpm，粉末完全溶解后制得无色澄清透明溶液半成品Semi
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A；S2：将环氧树脂、偶联剂以及触变剂按照上述比例依次加入搅拌釜，真空脱泡搅拌均匀；公转转速1000rpm，自转转速1000rpm，真空度
‑
0.1MPa；S3：在S2所在搅拌釜中加入所需的微米银及纳米银，真空脱泡搅拌均匀；公转转速1500rpm，自转转速1500rpm，真空度
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0.1MPa，制得银灰色膏体Semi
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B；S4：将S3中制得的Semi
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B用三辊研磨机研磨分散两次，第一次研磨分散的后辊间距设置为30um，前辊间距设置为15um；研磨分散的后辊间距设置为20um，前辊间距设置为5um；S5：最后将Semi
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A与Semi
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B按比例加入搅拌釜，真空脱泡搅拌均匀，公转转速1500rpm，自转转速1500rpm，真空度
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0.1MPa；固化后即可得成品半烧结导电银胶。
[0009]优选的，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂中的一种或多种。
[0010]优选的，所述固化剂为热阳离子锑系固化剂。
[0011]优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，且硅烷偶联剂为3
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氨基丙基三乙氧基硅烷或3
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巯基丙基三甲氧基硅烷。
[0012]优选的，所述触变剂为气相二氧化硅，所述溶剂为γ
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丁内酯。
[0013]优选的，所述S5中，固化的条件为：在160
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200℃烘箱内固化1.5
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2h。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术配方可实现低温（200℃/2h）无压烧结，形成烧结银和树脂的互相贯通的网络，从而与界面建立了良好的接触，具有高剪切强度，优异的导热性以及良好的热循环性能；特别适合作为大功率模块的封装材料；通过偶氮聚合引发剂加热形成的碳自由基还原六氟锑酸银制备了均匀分散的纳米银，可根据实际应用需求随时更换合适的溶剂来制备纳米银，避免了进口价格昂贵且货期长的纳米银，节约了成本；在制备纳米银的同时也生成了环氧树脂热阳离子固化剂，减少了最终配方所需固化剂的添加量，大大降低了价格较贵的热阳离子固化剂使用成本。
实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
[0016]本专利技术提供一种技术方案：
实施例
[0017]一种低温无压半烧结导电银胶，包括如下质量百分比的物质：纳米银60%、微米银30%、双酚A环氧树脂 2.3%、双酚F环氧树脂4.5%、热阳离子锑系固化剂1%、硅烷偶联剂1%、气相二氧化硅0.2%、γ
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丁内酯1%。
[0018]一种低温无压半烧结导电银胶的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温无压半烧结导电银胶，其特征在于：包括如下质量百分比的物质：纳米银60%
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80%、微米银10%
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30%、环氧树脂3%
‑
10%、固化剂0.5%
ꢀ‑
2.0%、偶联剂1.0%
‑
3.0%、触变剂0.2%
‑
0.5%、溶剂0.5%
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2.0%。2.一种低温无压半烧结导电银胶的制备方法，其特征在于：包括权利要求1所述的原料配比，具体步骤为：S1：首先称取固化剂加入玻璃瓶内，再加入相等质量的溶剂，将磁力搅拌子放入玻璃瓶后，在室温状态下进行磁力搅拌，转速设定为200rpm，粉末完全溶解后制得无色澄清透明溶液半成品Semi
‑
A；S2：将环氧树脂、偶联剂以及触变剂按照上述比例依次加入搅拌釜，真空脱泡搅拌均匀；公转转速1000rpm，自转转速1000rpm，真空度
‑
0.1MPa；S3：在S2所在搅拌釜中加入所需的微米银及纳米银，真空脱泡搅拌均匀；公转转速1500rpm，自转转速1500rpm，真空度
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0.1MPa，制得银灰色膏体Semi
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B；S4：将S3中制得的Semi
‑
B用三辊研磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：何康强，黄中汉，钟武文，
申请(专利权)人：思特迪新材料科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：