【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子封装材料，具体涉及一种金属焊膏及其封装方法和应用。
技术介绍
1、随着集成电路和半导体技术的发展，芯片封装趋于小型化、高集成度、高功率密度和优异的机电性能。但是，工作环境恶劣，如高温、大电流和潮湿环境，给芯片互连带来了许多挑战。同时，随着碳化硅(silicon carbide，sic)和氮化镓(gallium nitride，gan)等第三代宽带隙半导体的出现，由于其具有宽带隙、高击穿电压和高电子迁移率，已被广泛应用在各种领域。通常，这些半导体在高温(一般200℃以上)、高功率和高辐射等恶劣环境中工作，给器件封装带来了许多挑战。因此，研究新型互连材料和封装方法对于充分利用宽带隙半导体在高功率器件中的优异性能至关重要。
2、目前，已经开发了许多方法来实现低温键合。然而，高温无铅焊料具有一些缺点，如焊接温度高(如zn基焊料)、加工性能差且价格昂贵(如au基焊料)、加工性能差且价格昂贵具有高脆性(如bi基焊料)等，有导致芯片损坏和降低接头可靠性的危险。传输线脉冲发生器(transmission line pulse，tlp)获得完整的金属间化合物(intermetalliccompound，imc)通常需要很长的处理时间，这可能会导致额外的热应力严重降低接头的可靠性。但由于尺寸效应，金属可以制备为具有高表面活性和低熔点的纳米尺寸金属材料。纳米金属烧结成为高温封装的新选择，如ag或cunps烧结。然而，银纳米颗粒由于其严重的电化学迁移和高工业成本而受到严重限制。为了降低成本，选择铜作为更实惠的替代品。由于其
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的问题，我们专利技术的目的在于设计提供一种金属焊膏及其封装方法和应用。本专利技术使用有机载体作为载体进行低温烧结，能代替传统sn基焊料，既保证了力学性能，并解决铜纳米焊膏易氧化和纳米银膏在大规模应用时成本过高的问题。本方法相较于封装领域其他纳米材料，显著降低成本且保证了互连结构具备优异力学性能，同时实现低温烧结高温服役的目的。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种金属焊膏，包含以下质量百分比组分：75～85％亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒和15～25％有机载体；
4、优选，包含以下质量百分比组分：64％亚微米银包铜颗粒、16％银包镍和颗粒和20％有机载体。
5、所述的一种金属焊膏，所述亚微米银包铜颗粒的平均粒径为0.1～5μm；
6、所述银包镍颗粒的粒径为0.05～1μm；这可以在保证颗粒高导电导热和抗氧化性的同时，使得焊膏能在低温下进行烧结；
7、所述亚微米银包铜和银包镍颗粒的壳层厚度均为10～200nm；这可以在保证颗粒抗氧化性和增强烧结性能的同时，大大降低焊膏的经济成本；
8、优选，所述亚微米银包铜颗粒的平均粒径为500～1000nm；所述银包镍颗粒的平均粒径为200～500nm；
9、优选，所述亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒的壳层厚度均为20～50nm。
10、所述的一种金属焊膏，所述有机载体包括有机溶剂、增稠剂、分散剂、触变剂和/或消泡剂。
11、所述的一金属焊膏，所述有机载体包括以下重量百分比组分85％～95％有机溶剂、0.4％～3％增稠剂、0.5％～5％分散剂、0.4％～3％触变剂和0.5％～4％消泡剂；
12、优选，所述有机载体包括以下重量百分比组分：94％有机溶剂、1％增稠剂、2.5％分散剂、1.5％触变剂和1％消泡剂；在此比例下，焊膏具有合适的粘度和挥发速率；
13、所述有机溶剂选自α-松油醇、乙二醇、1,3-丙二醇或聚乙二醇400中的一种或多种；
14、所述增稠剂选自乙基纤维素、丙烯酸、甲基丙烯酸或聚丙烯酸盐中的一种或多种；
15、所述分散剂选自乙酸乙酯、甲基戊醇、聚丙烯酰胺或脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种；
16、所述触变剂为有机膨润土和/或氢化蓖麻油；
17、所述消泡剂选自硅油、gp类型聚醚消泡剂或gpe类消泡剂的一种或多种；
18、优选，所述有机溶剂为α-松油醇；所述增稠剂为乙基纤维素；分散剂为乙酸乙酯；触变剂为有机膨润土；消泡剂为硅油。
19、第二方面，本专利技术提供了任一项所述的一种金属焊膏的制备方法，包含以下步骤：
20、(1)制备有机载体；
21、(2)称取亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒，加入到有机载体中，进行机械搅拌混合均匀，获得含有亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒的多组分金属焊膏。
22、所述的制备方法，所述机械搅拌的时间为20min。
23、第三方面，本专利技术提供了任一项所述的金属焊膏在封装功率器件中的应用。
24、第四方面，本专利技术提供了一种低温烧结互连的封装方法，包括以下步骤：
25、s1.通过丝网印刷将如权利要求1-4任一项所述的金属焊膏涂覆于待封装基板上；
26、s2.取芯片，放置于上述s1中涂覆后的封装基板上，形成三明治结构，放置于热板上进行预热；
27、s3.使用热压的方式进行烧结，完成封装。
28、所述的封装方法，所述待封装基板和芯片均为表面金属化的陶瓷或金属基板；
29、优选，表面金属化的金属为铜。
30、所述的封装方法，所述预热的条件为：预热温度80～160℃，预热时间为3～7min，气氛为空气；
31、优选，所述预热的条件为：预热温度120℃，预热时间5min，气氛为空气；
32、所述热压的条件为：热压温度250～300℃，保温时间10～20min，辅助压力10mpa；
33、优选，所述热压的条件为：热压温度300℃，保温时间10min，辅助压力10mpa。
34、与传统功率器件封装用导电浆料相比，本专利技术的金属焊膏具有导电性能高、并且由于表面金属壳层的保护，其耐高温性能强、可以明显降低铜的氧化风险，更好的力学性能，并且对环境友好等多种优点。这些优点共同使得本专利技术金属焊膏在电子封装领域拥有广泛的应用范围，能够显著提高电子产品的性能和可靠性。
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1.一种金属焊膏，其特征在于，包含以下质量百分比组分：75～85％亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒和15～25％有机载体；
2.如权利要求1所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述亚微米银包铜颗粒的平均粒径为0.1～5μm；
3.如权利要求1所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述有机载体包括有机溶剂、增稠剂、分散剂、触变剂和/或消泡剂。
4.如权利要求3所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述有机载体包括以下重量百分比组分：85％～95％有机溶剂、0.4％～3％增稠剂、0.5％～5％分散剂、0.4％～3％触变剂和0.5％～4％消泡剂；
5.如权利要求1-4任一项所述的一种金属焊膏的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述机械搅拌的时间为20min。
7.如权利要求1-4任一项所述的金属焊膏在封装功率器件中的应用。
8.一种低温烧结互连的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述待封装基板和芯片均为表面金属化的陶
10.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述预热的条件为：预热温度80～160℃，预热时间为3～7min，气氛为空气；
...【技术特征摘要】
1.一种金属焊膏，其特征在于，包含以下质量百分比组分：75～85％亚微米银包铜颗粒和银包镍颗粒和15～25％有机载体；
2.如权利要求1所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述亚微米银包铜颗粒的平均粒径为0.1～5μm；
3.如权利要求1所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述有机载体包括有机溶剂、增稠剂、分散剂、触变剂和/或消泡剂。
4.如权利要求3所述的一种金属焊膏，其特征在于，所述有机载体包括以下重量百分比组分：85％～95％有机溶剂、0.4％～3％增稠剂、0.5％～5％分散剂、0.4％～3％触变剂和0.5％～4％消泡剂；
【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，王童通，沈钦臣，赵涛，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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