一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的方法及关键材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的方法及关键材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的方法及关键材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及大功率芯片贴装材料银烧结互联
，尤其涉及一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的方法及关键材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]烧结银材料由于其优良的导电
、
导热性能以及可以低温连接
‑
高温服役的特点，被认为是大功率半导体芯片贴装的理想材料
。
大功率半导体运行时通常会产生大量的热，导致贴装材料和芯片与基板连接结构长期处于较高的环境温度下，这对贴装材料的高温热稳定性提出极高的要求
。
然而，烧结银本身呈现出多孔结构，当长期处在高温环境中时，其多孔结构特征会应为二次烧结
(
老化
)
不断发生变化：虽然整体孔隙率几乎不改变，但是大量的小尺寸的孔隙会逐渐聚集，最终形成少量的大尺寸的孔隙
。
这种变化不仅会导致芯片散热不均匀而且会导致芯片连接强度降低；同时这种多孔结构的变化很可能会降低功率半导体器件的整体可靠性，造成极大的安全隐患
。
综上，烧结银多孔结构处在长期高温环境时的结构变化会严重降低其作为高温贴装材料的可靠性
(
尤其是当贴装尺寸很小的时候
)
，限制了其在一些需要长时间高温工作的半导体器件方面的应用
。
[0003]除此之外，长期处在高温环境中时烧结体由于受到应力影响，会在表面生成大量的银纳米线，虽然银纳米线对于电路的导电性并无明显的影响，但是对于未来比较精密的微型电路来说，相邻较近的电路各自产生的银纳米线极有可能会接触到一起而造成短路，导致整个器件失效
。
[0004]为了提高烧结银多孔结构的高温稳定性，有研究表明可以在银膏中加入少量
WO3、Nb2O5、AlN
等纳米颗粒，经过烧结之后，这些纳米颗粒可以弥散在烧结银多孔结构中
。
因为这些颗粒较高的内聚力同时还能与银产生连接，所以这些纳米颗粒可以提高烧结银多孔结构的高温热稳定性
。
[0005]但是，在银膏中直接加入
WO3、Nb2O5、AlN
等纳米颗粒存在以下几点缺点：第一
、
因为纳米颗粒表面能高很容易团聚在一起
、
所以很难保证
WO3、Nb2O5、AlN
等纳米颗粒在银膏中分散的均匀一致；第二
、WO3、Nb2O5、AlN
等纳米颗粒均为非金属，会降低烧结银的导电导热性；第三
、WO3、Nb2O5、AlN
等纳米颗粒表面与银膏中的银颗粒或银片表面电荷存在明显差异，在长期存储过程中可能会出现相分离现象，降低银膏的稳定性
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的方法及关键材料的制备方法
。
本专利技术通过金属盐修饰银粉表面
(
不是直接加入金属盐颗粒
)
可以保证金属盐在银膏中分散的均匀一致性，提高了银烧结效率，降低了高温老化过程中形成的金属氧化物厚度对烧结银多孔结构导电导热性能的影响
。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种银基焊膏的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1
：制备金属盐溶液；
[0010]S2
：将银粉加入步骤
S1
制备的金属盐溶液中，搅拌得到混合溶液；
[0011]S3
：将混合溶液加热干燥后，冷却至室温，得到金属盐修饰银粉；
[0012]S4
：将步骤
S3
得到的金属盐修饰银粉与有机溶剂Ⅱ混合得到银膏初产物；
[0013]S5
：将银膏初产物搅拌
、
均质化得到银基焊膏
。
[0014]在一个实施例中，步骤
S1
中，所述金属盐溶液是将金属盐溶于有机溶剂Ⅰ得到；所述金属盐包括镍盐
、
铜盐中的一种或多种
。
[0015]在一个实施例中，所述镍盐包括甲酸镍
、
乙酸镍
、
碳酸镍
、
草酸镍；所述铜盐包括甲酸铜
、
乙酸铜
、
碳酸铜
、
草酸铜；所述有机溶剂Ⅰ的加入量为使金属盐充分溶解的量；所述有机溶剂Ⅰ为无水乙醇
。
[0016]在一个实施例中，步骤
S2
中，所述银粉与金属盐的质量比为
10
：
0.1
‑
1.5。
[0017]在一个实施例中，步骤
S3
中，所述加热干燥的温度为
50
‑
70℃
，时间为3‑5小时
。
[0018]在一个实施例中，步骤
S4
中，所述金属盐修饰银粉与有机溶剂Ⅱ的质量比为9‑
10
：1‑
1.5
；所述有机溶剂Ⅱ包括乙二醇
、
α
‑
松油醇
、
正丁醇
、
二丙二醇甲醚醋酸酯，丙三醇
、1,2
丙二醇
、
二乙二醇二乙醚
、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇
、2
‑
乙基己胺中的一种或多种
。
[0019]在一个实施例中，步骤
S5
中，所述搅拌为机械搅拌或者行星式搅拌，搅拌速度
1800
‑
2000r/min
，时间为
10
‑
20min
；所述均质化为三辊机研磨均质化，辊子间隙分别为3‑5μ
m
，辊子转速
200
‑
300r/min
，研磨时间
20
‑
30min。
[0020]一种所述制备方法制备的银基焊膏
。
[0021]一种所述银基焊膏用于制备烧结银多孔结构，所述多孔结构孔隙率在3％
‑
20
％之间
。
[0022]一种提高烧结银多孔结构高温稳定性的检测方法，包括如下步骤：
[0023](1)
根据所述制备方法制备银基焊膏；
[0024](2)
将步骤
(1)
制备的银基焊膏印刷在基板后，放置芯片，形成三明治结构，以
10
‑
30℃/min
的升温速率升温至
200
‑
300℃
，烧结
30
‑
60min
，形成接头
。
[0025](3)
将步骤...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种银基焊膏的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1
：制备金属盐溶液；
S2
：将银粉加入步骤
S1
制备的金属盐溶液中，搅拌得到混合溶液；
S3
：将混合溶液加热干燥后，冷却至室温，得到金属盐修饰银粉；
S4
：将步骤
S3
得到的金属盐修饰银粉与有机溶剂Ⅱ混合得到银膏初产物；
S5
：将银膏初产物搅拌
、
均质化得到银基焊膏
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述金属盐溶液是将金属盐溶于有机溶剂Ⅰ得到；所述金属盐包括镍盐
、
铜盐中的一种或多种
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐包括甲酸镍
、
乙酸镍
、
碳酸镍
、
草酸镍；所述铜盐包括甲酸铜
、
乙酸铜
、
碳酸铜
、
草酸铜；所述有机溶剂Ⅰ的加入量为使金属盐充分溶解的量
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述银粉与金属盐的质量比为
10
：
0.1
‑
1.5。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S3
中，所述加热干燥的温度为
50
‑
70℃
，时间为3‑5小时
。6.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S4
中，所述金属盐修饰银粉与有机溶剂Ⅱ的质量比为9‑
10
：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李万里，李一田，汪宇鉴，朱志宏，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：