一种复合金属组合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种复合金属组合物及其制备方法与应用，属于电子元器件封装技术领域。本发明专利技术所述复合金属组合物以氢化亚铜粉和金属粉作为原料，氢化亚铜粉在高温条件时可分解为金属Cu和H2，因此，氢化亚铜粉可替代现有金属浆料中助焊剂的功能，在焊接过程中去除金属浆料中的金属颗粒表面及被焊物表面的氧化层，同时也避免了使用现有金属浆料造成的助焊剂残留的问题，可使互连层焊接空洞率较小。本发明专利技术所述复合金属组合物制得的金属浆料在作为电子器件的互连层材料时，具有较优异的焊接质量，焊接空洞率较小，且散热性和可靠性优异。且散热性和可靠性优异。

【技术实现步骤摘要】
一种复合金属组合物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电子元器件封装
，具体涉及一种复合金属组合物及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电子器件的互连材料在服役过程中，常会受到来自机械振动、热应力、高密度电流和功率循环等的严苛考验，而随着电子元器件日趋精密和集成化，对互连层的散热和可靠性的要求也越来越高。现有技术通常将金属浆料印刷在被焊物表面，通过加热形成被焊物之间的互连层。
[0003]目前市场现有的金属浆料中需加入具有还原性的助焊剂，以便于被焊物在焊接过程中可去除金属浆料中金属颗粒表面和被焊物表面的氧化层；然而，采用这种方法易导致焊接后助焊剂残留于互连层中，从而使互连层的焊接空洞率较大，影响互连层的散热性和可靠性。
[0004]针对上述作为互连层的金属浆料所存在的缺陷，寻找一种不会影响互连层的焊接空洞率，保证互连层的散热性和可靠性的金属浆料是目前电子元器件封装领域研究的重点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种复合金属组合物及其制备方法与应用，所述复合金属组合物制得的金属浆料在作为电子器件的互连层材料时，具有较优异的焊接质量，焊接空洞率较小，且散热性和可靠性优异。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种复合金属组合物，所述复合金属组合物包括金属粉和氢化亚铜(CuH)粉；所述CuH粉的平均粒径D
50
为30
‑<br/>500nm；所述金属粉和氢化亚铜粉的质量比为(10
‑
50):1。
[0008]现有的金属浆料通常以Cu、Ag、Au、Sn、Pb、Bi、In、Sb等金属及其合金作为原料，本专利技术在上述原料的基础上加入了CuH粉，CuH在60℃以上时可以分解为金属Cu和H2，由于CuH分解产生的H2具有还原性，因此，CuH一方面可替代现有技术金属浆料中助焊剂的功能，在焊接过程中去除金属浆料中的金属颗粒表面及被焊物表面的氧化层，另一方面也避免了助焊剂残留问题，可使互连层焊接空洞率较小；同时，CuH分解产生的金属Cu则可以与金属浆料中的金属粉通过冶金反应扩散结合在一起，不会影响焊接质量。
[0009]专利技术人发现，所述CuH粉的平均粒径D
50
对最终复合金属组合物制得金属浆料有重大影响，CuH粉如果粒径太小(＜30nm)，容易发生团聚，不利于在金属浆料体系中均匀分布；且制造粉粒的成本会大幅度提高；CuH粉如果粒径太大(＞500nm)，会导致CuH粉与金属浆料体系中的金属粉的接触几率降低，不利于CuH粉在金属浆料体系中充分混合，且CuH粉如果粒径太大，其分解生成的金属Cu的粒径也相应增大，不利于电子器件焊接过程中的熔融扩
散。
[0010]专利技术人还发现，所述复合金属组合物中金属粉M和CuH粉的质量比只有在上述范围内时，才可保证最终金属浆料中的金属颗粒表面及被焊物表面的氧化层被完全去除，同时不会造成上端的被焊件发生移位甚至造成虚焊；如果金属粉M和CuH粉的质量比＞50:1，CuH粉加入量太少，分解的H2量太少，不足以去除金属浆料中的金属颗粒表面及被焊物表面的氧化层；如果金属粉M和CuH粉的质量比＜10:1，CuH粉加入量太多，分解的H2量太多，会导致上端的被焊件移位甚至虚焊。
[0011]作为本专利技术复合金属组合物的优选实施方式，所述金属粉的材质为Cu及其合金、Ag及其合金、Au及其合金、Sn及其合金、Pb及其合金、Bi及其合金、In及其合金、Sb及其合金的至少一种。
[0012]作为本专利技术复合金属组合物的优选实施方式，所述CuH粉的平均粒径D
50
为130
‑
320nm；专利技术人经大量实验发现，平均粒径D
50
在优选范围内的CuH粉可使最终制得的金属浆料的焊接空洞率更小。
[0013]作为本专利技术复合金属组合物的优选实施方式，所述金属粉和CuH粉的质量比为(18
‑
34):1；专利技术人经大量实验发现，上述质量比范围内的金属粉和CuH粉可保证最终制得的金属浆料的焊接性能最好，且不会造成原料的浪费。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种复合金属浆料，所述复合金属浆料包括如第一方面所述的复合金属组合物。
[0015]作为本专利技术复合金属浆料的优选实施方式，所述复合金属浆料还包括以下组分：稀释剂、分散剂和触变剂。
[0016]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述复合金属浆料中稀释剂的质量百分含量为2％
‑
10％；专利技术人经大量实验发现，稀释剂在整个金属浆料体系中的质量百分含量为2％
‑
10％时，能够使稀释剂、CuH粉和金属粉混合均匀，并可制备出粘性适中的浆料产品；当稀释剂的加入量过少(＜2％)时，制得的产品粘性较大，无法形成浆料产品，不利于产品在焊接面上的印刷贴装；当稀释剂加入量过大(＞10％)时，产品粘性过小，在焊接面上印刷贴装时容易坍塌，不利于焊接操作；同时，稀释剂过多，则焊接升温时稀释剂挥发会产生过多的气体，使其黏附在焊接炉或烧结炉的炉壁和管道内不好清理，甚至会在互连层中产生大量空洞，影响互连层的性能。
[0017]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述稀释剂选自醇类化合物、醚类化合物、酯类化合物、酮类化合物、醛类化合物、烃类化合物中的至少一种。
[0018]作为本专利技术复合金属浆料的最优选实施方式，所述稀释剂选自丁醚、己酮、乙酸乙酯、烷烃、正丁醇中的至少一种。
[0019]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述复合金属浆料中分散剂的质量百分含量为0.2％
‑
5％；专利技术人经大量实验发现，上述质量百分含量的分散剂能够使CuH粉和金属粉在整个金属浆料体系中分散均匀；当分散剂加入量过少时，会造成CuH粉和金属粉发生团聚；当分散剂加入量过多时，也会导致产品粘性过小，在焊接面上印刷贴装时容易坍塌，不利于焊接操作；且金属浆料会黏附在焊接炉或烧结炉的炉壁和管道内不好清理，甚至会在互连层中产生大量空洞，影响互连层的性能。
[0020]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述分散剂选自聚酰胺或酸盐中的
至少一种。
[0021]作为本专利技术复合金属浆料的最优选实施方式，所述分散剂选自十二烷基磺酸钠、聚丙烯酰胺和聚丁烯酸钾中的至少一种。
[0022]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述复合金属浆料中触变剂的质量百分含量为0.4％
‑
3％；专利技术人经大量实验发现，上述质量百分含量条件下的触变剂能够使复合金属浆料的印刷流变定型能力都较好；当触变剂加入量过多时，会导致浆料在印刷过程中的动态流变能力较差；当触变剂加入量过少时，会导致浆料在印刷之后中的静态定型能力较差。
[0023]作为本专利技术复合金属浆料的更优选实施方式，所述触变剂选自改性氢化蓖麻油、酰胺化合物和纤维素羟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合金属组合物，其特征在于，所述复合金属组合物包括金属粉和氢化亚铜粉；所述氢化亚铜粉的平均粒径D
50
为30
‑
500nm；所述金属粉和氢化亚铜粉的质量比为(10
‑
50):1。2.如权利要求1所述的复合金属组合物，所述金属粉的材质为Cu及其合金、Ag及其合金、Au及其合金、Sn及其合金、Pb及其合金、Bi及其合金、In及其合金、Sb及其合金的至少一种。3.如权利要求1所述的复合金属组合物，其特征在于，所述氢化亚铜粉的平均粒径D50为130
‑
320nm。4.如权利要求1所述的复合金属组合物，其特征在于，所述金属粉和氢化亚铜粉的质量比为(18
‑
34):1。5.一种复合金属浆料，其特征在于，所述复合金属浆料包括如权利要求1
‑
4任一项所述的复合金属组合物。6.如权利要求5所述的复合金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡航伟，杜昆，李志豪，曾世堂，李金朋，黄耀林，
申请(专利权)人：广州汉源微电子封装材料有限公司，
类型：发明
国别省市：