[发明专利]一种新型纳米银膏及其制备方法、及烧结方法

说明书

本发明属于微电子封装相关技术领域，其公开了一种纳米银膏的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将纳米级或者微米级的能够发生自蔓延反应的金属粉末进行预处理以得到自蔓延粉；(2)将纳米银粉及步骤(1)所得到的自蔓延粉所组成的混合物中加入有机载体及有机溶剂后混合均匀以得到混合纳米银膏预备体，并将所述混合纳米银膏预备体以预定温度进行恒温水浴加热，使所述有机溶剂挥发，由此得到新型纳米银膏；或者，将所述自蔓延粉加入现有的纳米银膏中进行搅拌以获得所述新型纳米银膏。本发明还涉及纳米银膏及适用于电子封装的烧结方法。本发明利用自蔓延粉发生自蔓延反应产生的热量来辅助烧结，提高了烧结速度及工作效率。

技术领域

本发明属于微电子封装相关技术领域，更具体地，涉及一种新型纳米银膏及其制备方法、及烧结方法。

背景技术

电子封装是从电路设计的完成开始，根据电路图，将裸芯片、陶瓷、金属、有机物等物质制造成芯片、元件、板卡、电路板，最终组装成电子产品的整个过程。该工艺减少外部环境对芯片的不利影响，以确保期间的良好运行，起到机械保护和电气互连的作用，对电子器件的性能有重要影响。近年来随着半导体技术的发展，尤其是宽带隙半导体材料的出现，如SiC，GaN等，具有高击穿电场、高热导率和极佳的抗辐射能力，使电子器件可以在高温、高频和大功率下工作。然而，传统的焊料互连容易出现孔洞等缺陷及疲劳失效而影响功率器件的功能，严重情况下导致功率器件失效。

与此对照，纳米银膏作为一种新型绿色无铅化连接材料，具有良好的机械性能、导电及导热性能，工作温度高，可克服传统焊料互连的缺陷，满足大功率电力电子器件的高温封装要求，正引起电子行业学者和工程师们的广泛关注，已有关于纳米银膏的研究工作展开，且取得了不同程度的进展，但普遍存在烧结温度(>250℃)较高、烧结时间长等问题。

目前对纳米银膏连接材料的研究仍处于初期阶段，尤其针对大面积器件的连接研究主要集中在热压烧结工艺及其力学性能评价方面，现有的对纳米银膏的烧结工艺主要集中在热压烧结上，采用的是外部加热的方式。此外，也有研究人员成功利用电流烧结技术连接裸铜基板，或利用超声辅助无压烧结形成致密接头。由于传统热压烧结实现纳米银膏的烧结连接工艺比较复杂，完成烧结所需时间较长，效率较低。相应地，本领域存在发展一种能够提高效率的适用于电子封装的烧结方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型纳米银膏及其制备方法、及烧结方法，其基于现有的烧结工艺，对纳米银膏进行研究及设计以利用自蔓延材料反应的热量来辅助烧结。所述新型纳米银膏利用自蔓延粉发生自蔓延反应产生的热量来辅助烧结，提高了烧结速度及工作效率；此外，所述新型纳米银膏的制备简单，工艺条件易于达到，所需材料易于获得。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种新型纳米银膏的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米级或者微米级的能够发生自蔓延反应的金属粉末及丙酮放入容器内进行搅拌直至所述丙酮挥发完以得到混合均匀的自蔓延粉，并将所述自蔓延粉进行真空干燥；

(2)将纳米银粉及步骤(1)所得到的自蔓延粉所组成的混合物中加入有机载体及有机溶剂后混合均匀以得到混合纳米银膏预备体，并将所述混合纳米银膏预备体以预定温度进行恒温水浴加热，使所述有机溶剂挥发，由此得到新型纳米银膏；或者，将所述自蔓延粉加入现有纳米银膏中进行搅拌以获得所述新型纳米银膏。

进一步地，所述自蔓延粉为独立的能够发生自蔓延反应的粉体材料或者复合自蔓延粉末，所述粉体材料为能够发生自蔓延反应的Ti、Ni、Al、Zr及Nb粉末中的两种以上，所述复合自蔓延粉为已复合的Al/Ni、Al/Ti、Ni/Si、Ni/Ti、Al/Zr及Nb/Si中的一种或者几种。

进一步地，所述自蔓延粉的质量与所述纳米银粉的质量之比为(0.01～0.2)：(0.8～0.99)；所述自蔓延粉的质量与所述现有纳米银膏所含有的纳米银的质量之比为(0.01～0.2)：(0.8～0.99)。