【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于銅燒結(jié)互聯(lián)，尤其涉及一種預成型銅基材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、隨著新能源汽車、光伏儲能、風力發(fā)電、5g/6g等領域的快速發(fā)展，電力電子器件在能量轉(zhuǎn)換、電力傳輸、驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。為了提高其性能、效率和可靠性，以碳化硅(sic)和氮化鎵(gan)為代表的寬帶隙(wbg)半導體材料受到越來越多的關注。與傳統(tǒng)的硅(si)半導體相比，wbg半導體具有高耐壓、高電子遷移率、高熱導率、高抗輻射性和更高的工作溫度范圍等優(yōu)點，使其更適合高電力、高溫、高頻和抗輻射應用。為了充分利用這些wbg功率器件，芯片粘接材料必須表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣、熱和機械性能，并在高工作溫度范圍(例如200℃-350℃)下保持高可靠性。然而，目前電子封裝技術中使用的高溫無鉛焊料存在重熔溫度低、導熱系數(shù)低、高溫可靠性差等問題，無法滿足wbg功率器件封裝的嚴格要求。
2、金屬焊膏低溫燒結(jié)互聯(lián)技術被認為是實現(xiàn)功率器件高導熱高可靠封裝的最有前途的技術之一。金屬焊膏低溫燒結(jié)互聯(lián)技術的典型工藝包括在基板上印刷焊膏、貼附元件，最后在特定溫度和壓力下進行燒結(jié)互聯(lián)，以獲得高性能的接頭。相比于傳統(tǒng)的釬料互聯(lián)技術和瞬態(tài)液相燒結(jié)技術，金屬焊膏燒結(jié)互聯(lián)技術不僅互聯(lián)強度高、導電導熱性能好而且具有優(yōu)異的高溫可靠性。金屬銅和銀顆粒具有優(yōu)異的導電導熱性，因此常被用于制備金屬焊膏。由于銅的成本遠低于銀且抗電化學遷移能力強，因此銅焊膏具有更廣泛的商業(yè)應用價值。然而，銅顆粒特別容易被氧化并發(fā)生團聚，因此需要加入大量的還原劑、分散劑、粘結(jié)劑、稀釋劑等添加劑來保證銅
3、專利cn117001206a公開了一種低溫燒結(jié)型多峰銅基焊膏及其制備方法與應用，其中所述銅基焊膏是將銅粉預處理得到銅粉沉淀物，用有機酸溶液處理或先用有機酸溶液處理再用金屬鹽處理，烘干后研磨，加有機溶劑，攪拌，最后研磨，均勻化得到銅基金屬焊膏。該焊膏中含有10％以上的機溶劑，在大面積芯片互聯(lián)之前需要進行預干燥處理，否則會在接頭內(nèi)部出現(xiàn)機溶劑的殘留，降低互聯(lián)接頭的一致性和長期可靠性。
4、專利cn110289120a公開了一種預成型納米銀片的制備及封裝方法，其各組成成分和質(zhì)量百分比為：納米銀顆粒5％-20％、混合微米銀顆粒40-70％、燒結(jié)助劑1％-10％、流平劑0.1％-1％、消泡劑0.1％-2％、混合有機溶劑10％-50％。該方案中使用的銀價格昂貴，目前銅的價格45元/kg-65元/kg，銀的價格5500元/kg-5700元/kg遠高于銅，不利于大規(guī)模使用。此外，由于銀在服役過程中存在電遷移的現(xiàn)象，可能嚴重影響器件的可靠性。
5、專利cn113764120a公開了一種抗氧化銅膜的制備方法。首先將抗氧化銅粉、醇類溶劑、醇胺類溶劑、樹脂、助劑進行研磨混合，經(jīng)脫泡處理，得到抗氧化銅漿；接著將抗氧化銅漿涂覆于基底上，在惰性氣氛下，干燥、預固化，得到銅膜前體1；將銅膜前體1在惰性氣氛下固化，得到銅膜前體2；最后將銅膜前體2置于含巰基或二硫鍵的化合物中處理，得到抗氧化銅膜。該方案得到的銅膜已經(jīng)失去了燒結(jié)性能，無法應用于電子封裝互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
技術實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種預成型銅基材料及其制備方法與應用。通過涂布的方式將銅焊膏涂敷在基材上形成薄膜或圖案，接著對薄膜或圖案進行加熱預成型。通過調(diào)節(jié)銅焊膏中的溶劑以及所使用的基材類型，在加熱干燥后可以獲得粘附在基材的預成型銅膜和脫離基材的預成型銅片。該方法能夠在去除預成型銅基材料中有機物成分的同時不降低銅材料的進一步燒結(jié)特性，可以解決燒結(jié)接頭內(nèi)部因溶劑殘留而導致燒結(jié)不充分及接頭性能不一致的問題。相比于現(xiàn)有技術，該方法省去印刷環(huán)節(jié)，在銅膜上直接貼芯片或者在基材上先放置銅片再貼芯片，接著進行有壓燒結(jié)互聯(lián)，均可以獲得高性能互聯(lián)接頭。此外，所制備的預成型銅基材料與基材之間不存在金屬差異，因此可以省去基材表面的金屬化工藝，從而大幅度降低使用成本。
2、本專利技術的第一個目的是提供一種預成型銅基材料的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、銅材料在有機酸溶液中進行鈍化處理，經(jīng)洗滌、干燥得到表面鈍化的銅材料；
4、s2、將s1所述的表面鈍化的銅材料和溶劑混合均勻，得到銅焊膏；所述溶劑選自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,4-丁二醇、甘油、2-乙基己醇和三甘醇中一種或者多種，所述溶劑為極性且具有較強還原性的醇類溶劑，且其沸點在150℃以上；
5、s3、將s2所述的銅焊膏涂布在基材表面，經(jīng)加熱得到預成型銅基材料。
6、在本專利技術的一個實施例中，在s1中，所述有機酸選自異丁酸、戊酸、辛酸、羥基丁二酸、乳酸、丙酮酸、戊二酸、庚酸、癸酸和油酸中的一種或多種。
7、在本專利技術的一個實施例中，在s1中，所述鈍化處理的時間為15min-60min。
8、在本專利技術的一個實施例中，在s2中，所述表面鈍化的銅材料和溶劑的質(zhì)量比為70-84:16-30。
9、在本專利技術的一個實施例中，在s3中，所述涂布的方式選自旋涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷、鋼網(wǎng)印刷和點膠中的一種或多種。
10、在本專利技術的一個實施例中，在s3中，所述基材選自載玻片、硅片、覆銅陶瓷基板和帶狀銅箔中的一種或多種。當基板為載玻片或硅片時，加熱后會得到脫落的預成型銅片；當基板為覆銅陶瓷基板和帶狀銅箔時，加熱后會得到粘接在基板上的預成型銅膜，預成型銅膜在覆銅陶瓷基板和帶狀銅箔上具有足夠的機械強度，帶有預成型銅膜的覆銅陶瓷基板和帶狀銅箔可作為半成品直接應用于功率電子封裝，為客戶省去了焊膏印刷、預干燥等步驟，可以提高生產(chǎn)效率。
11、進一步地，所述覆銅陶瓷基板選自dbc、amb或dpc。
12、在本專利技術的一個實施例中，在s3中，所述加熱是在保護氣氛下，以130℃-200℃加熱3min-60min。
13、在本專利技術的一個實施例中，所述保護氣氛選自氮氣氣氛或氬氣氣氛。
14、本專利技術的第二個目的是提供一種所述的方法制備得到的預成型銅基材料，所述預成型銅基材料的厚度為50μm-500μm。
15、本專利技術的第三個目的是提供一種所述的預成型銅基材料在互聯(lián)封裝中的應用。
16、在本專利技術的一個實施例中，當預成型銅基材料應用于芯片互聯(lián)封裝時，芯片的尺寸為(2-10)×(2-10)mm2。
17、本專利技術的技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
18、(1)本專利技術所述的預成型銅基材料可以直接替代顆粒型焊膏用于電子互聯(lián)，相比由本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S1中，所述有機酸選自異丁酸、戊酸、辛酸、羥基丁二酸、乳酸、丙酮酸、戊二酸、庚酸、癸酸和油酸中的一種或多種。
3.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S1中，所述鈍化處理的時間為15min-60min。
4.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S2中，所述表面鈍化的銅材料和溶劑的質(zhì)量比為70-84:16-30。
5.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S3中，所述涂布的方式選自旋涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷、鋼網(wǎng)印刷和點膠中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S3中，所述基材選自載玻片、硅片、覆銅陶瓷基板和帶狀銅箔中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在S3中，所述加熱是在保護氣氛下，以130℃-200℃加熱3min-60min。
<...【技術特征摘要】
1.一種預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在s1中，所述有機酸選自異丁酸、戊酸、辛酸、羥基丁二酸、乳酸、丙酮酸、戊二酸、庚酸、癸酸和油酸中的一種或多種。
3.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在s1中，所述鈍化處理的時間為15min-60min。
4.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在s2中，所述表面鈍化的銅材料和溶劑的質(zhì)量比為70-84:16-30。
5.根據(jù)權利要求1所述的預成型銅基材料的制備方法，其特征在于，在s3中，所述涂布的方式選自旋涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷、鋼網(wǎng)印...
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