[发明专利]一种多级微纳混合金属膏及其制备方法

说明书

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种多级微纳混合金属膏及其制备方法。该金属膏将各级金属颗粒直径进一步限定，采用多级微纳金属颗粒混合的形式制备得到多级微纳混合金属膏，纳米颗粒分布均匀，用于烧结时，连接键合截面孔隙率低，致密度高，耐热冲击性强，可靠性高，可以完全满足低温烧结，高温服役的要求；并且制备方法可以为多级化学还原法、机械混合法或溶液混合法，操作简单，便于控制，适合于大规模产业化生产，具有巨大的经济效益。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域。更具体地，涉及一种多级微纳混合金属膏及其制备方法。

背景技术

在电子芯片，高速动车，能源传输等领域常用金属纳米材料(如铜、银和镍)作为焊接层，其具有热导率高(150～300W/m·K)，服役温度高的优点，是一种较为理想的耐高温和高导热焊接材料，可以作为第三代半导体电极引出材料和芯片封装的钎料，实现低温(300℃)下互连，高温服役的效果。目前常用银纳米材料主要为纳米银材料，但是纳米银材料存在价格高、膨胀系数差异大、孔隙率大、存在电迁移等缺点，应用受到极大的限制。

研究发现，可以采用纳米铜材料来替代纳米银材料，多尺寸结合的方式解决上述问题。如中国专利申请CN109935563A公开了一种多尺寸混合纳米颗粒膏体及其制备方法，该膏体含有多种尺寸混合铜纳米颗粒，在烧结使用时，小尺寸纳米金属颗粒会填补在大尺寸纳米金属颗粒的间隙之中，有利于在无压力辅助的情况下实现纳米铜连结，提升烧结后金属层的致密性。但是该制备方法需要通过物理冲击的方式赋予小尺寸纳米金属颗粒动能，才能使其被打入大尺寸纳米铜膏体中，配置大小尺寸混合的纳米金属复合膏体，并且需要严格控制调整物理冲击的大小，从而控制小尺寸纳米金属颗粒的量，存在颗粒不均匀，操作复杂，且较难控制的问题。

因此，迫切需要提供一种孔隙率低、致密度高、混合均匀、制备方法简单的多级微纳混合金属膏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术纳米银材料价格高、膨胀系数差异大、孔隙率大、存在电迁移等缺点，多尺寸纳米铜材料颗粒不均匀、制备较为复杂且难以控制质量的缺陷和不足，提供一种孔隙率低、致密度高、混合均匀、制备方法简单的多级微纳混合金属膏。

本发明另一目的是提供所述多级微纳混合金属膏的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种多级微纳混合金属膏，所述多级微纳混合金属膏包括2～5级5nm～100μm尺寸的微纳混合金属颗粒和助焊剂；

其中，所述微纳混合金属颗粒中第n级和第(n+1)级的颗粒尺寸大小比为

所述微纳混合金属颗粒中第1级和第2级的颗粒的重量比为所述微纳混合金属颗粒中第m级和第(m+1)级的颗粒的重量比为

本发明多级微纳混合金属膏将各级金属颗粒直径进一步限定，采用多级微纳金属颗粒混合的形式制备得到多级微纳混合金属膏，纳米颗粒分布均匀，用于烧结时，连接键合截面孔隙率低，致密度高，耐热冲击性强，可靠性高，可以完全满足低温烧结，高温服役的要求。

优选地，所述微纳混合金属颗粒中第n级和第(n+1)级的颗粒尺寸大小比为0.225:(0.5～1)，n＝1～4。

更优选地，所述微纳混合金属颗粒中第n级和第(n+1)级的颗粒尺寸大小比为0.225:1，n＝1～4。实践中发现，在此比例条件下制备得到的多级微纳混合金属膏孔隙率低、致密性高，各效果均较好。

优选地，所述多级微纳混合金属膏包括2～3级。

更优选地，所述多级微纳混合金属膏为3级。实践中发现，当多级微纳混合金属膏为3级时，孔隙率低、致密性高均较高，且比较节省物料，操作简单。

进一步地，所述微纳混合金属颗粒采用多级化学还原法、机械混合法或溶液混合法制备得到。