CN107511602B - 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107511602B
CN107511602B CN201710690344.3A CN201710690344A CN107511602B CN 107511602 B CN107511602 B CN 107511602B CN 201710690344 A CN201710690344 A CN 201710690344A CN 107511602 B CN107511602 B CN 107511602B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
powder
copper
soldering paste
paste
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710690344.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107511602A (zh
Inventor
毛样武
段煜
王珂
闵梅
胡坤
王升高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Technology
Original Assignee
Wuhan Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Technology filed Critical Wuhan Institute of Technology
Priority to CN201710690344.3A priority Critical patent/CN107511602B/zh
Publication of CN107511602A publication Critical patent/CN107511602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107511602B publication Critical patent/CN107511602B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding

Abstract

本发明公开了一种纳米Ag‑Cu焊膏及其制备方法和应用。所述纳米Ag‑Cu焊膏由Ag粉、Cu粉和丙三醇按照下述比例制备而成：Ag粉和Cu粉的质量比为2～4:1；Ag粉和Cu粉的质量之和与丙三醇的质量比为8～12:1。其中，所述Ag粉的粒径为5～10nm，Cu粉的粒径为20～60nm。所述纳米Ag‑Cu焊膏的制备方法为：取Ag粉和Cu粉，加入酒精研磨，得Ag‑Cu混合粉末，再加入丙三醇调制成粘稠膏状，得到纳米Ag‑Cu焊膏。所述纳米Ag‑Cu焊膏可用于制备铜与铜的连接件，具体步骤如下：取适量纳米Ag‑Cu焊膏，均匀涂抹在两块铜母材的待连接面上，合上待连接面，连接。本发明提供的纳米Ag‑Cu焊膏抗氧化性强、抗电化学迁移性好、电导率和热导率高，由其连接制备的接头剪切强度理想、可靠性高。

Description

一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于纳米连接领域，具体涉及一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用。
背景技术
大功率电子器件往往伴随着较高的工作温度，为了满足电子封装的要求，需要熔点更高的钎料。Cu、Ag块材对应的熔点分别为1080℃和960℃，远远高于焊料对熔点的要求(通常为200℃左右)。此外，Cu和Ag都是电的良导体，这也保证了电子器件***号的稳定传输。同时，纳米Cu颗粒的加入也可降低成本。因此，纳米Ag-Cu焊料的制备和应用对于高温电子封装领域具有重要的意义。
然而Ag和Cu的高熔点导致了连接时的困难，因为过高的连接温度会损坏基板和相关元件。且现有技术中含Ag和Cu的焊料还分别存在抗电化学迁移性能差和易氧化等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用。本发明提供的纳米Ag-Cu焊膏抗氧化性强、抗电化学迁移性好、电导率和热导率高，用于制备接头时对连接温度要求较低，并且由所述纳米Ag-Cu焊膏连接的接头剪切强度理想、可靠性高。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：
一种纳米Ag-Cu焊膏，其特征在于，其由Ag粉、Cu粉和丙三醇按照一定比例制备而成。
按上述方案，优选地，所述Ag粉和Cu粉的质量比为2～4:1；所述Ag粉和Cu粉的质量之和与丙三醇的质量比为8～12:1。
按上述方案，优选地，所述Ag粉的粒径为5～10nm，Cu粉的粒径为20～60nm。
按上述方案，优选地，所述粒径为5～10nm的Ag粉的制备方法以硬脂酸，氢氧化钠，硝酸银为原料，通过液相化学-热分解法制备而成，具体步骤如下：
(1)将氢氧化钠和硬脂酸溶于去离子水中加热到80℃，加入AgNO3，恒温搅拌1h后取上层白色的蜡状物质离心清洗；更优选地，所述离心的速率为7000r/min，所述清洗的次数为4次，每次清洗时间为10min；
(2)在通氮气条件下，将步骤(1)中经离心清洗后的白色蜡状物质以5℃/min的升温速率加热到250℃并保温90min，得到粒径为5～10nm的纳米银颗粒。
按上述方案，优选地，所述粒径为20～60nm的Cu粉的制备方法为以次磷酸钠，硫酸铜为原料，通过液相化学还原法制备而成，具体步骤如下：
(1)将次磷酸钠和PVP加入到一缩二乙二醇溶液中并加热到80℃，加入CuSO4·5H2O，恒温搅拌1h后取反应液中的紫黑色沉淀物质；
(2)将步骤(1)中得到的紫黑色沉淀物质离心清洗和干燥处理，最后得到粒径为20～60nm的纳米铜颗粒；更优选地，所述离心的速率为7000r/min，所述清洗的次数为4次，每次清洗时间为10min。
本发明还提供了上述纳米Ag-Cu焊膏的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：取Ag粉和Cu粉，加入适量酒精研磨，直至酒精完全挥发，得到均匀的Ag-Cu混合粉末，再加入丙三醇调制成粘稠膏状，得到纳米Ag-Cu复合焊膏。
本发明还提供了上述纳米Ag-Cu焊膏的应用，其特征在于，将其作为焊料用于制备铜与铜的连接件。
本发明还提供了一种铜与铜的连接件，其特征在于，它是采用上述纳米Ag-Cu焊膏连接制得。本发明采用所述纳米Ag-Cu焊膏连接铜的示意图如图1所示。
按上述方案，优选地，所述铜与铜的表面均镀有Ni层和Ag层，即所述铜与铜的连接件的两块母材均为镀Ni/Ag铜。
本发明还提供了上述铜与铜的连接件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
取适量纳米Ag-Cu焊膏，均匀地涂抹在两块铜母材的待连接面上，之后将两块铜母材的待连接面对接，在一定压力条件下进行连接。
按上述方案，优选地，所述两块铜母材的待连接面均经过清洗和干燥处理。更优选地，所述清洗为采用酒精超声清洗至少30min。
按上述方案，优选地，所述压力为3～5MPa。
按上述方案，优选地，所述连接的温度为280～350℃，且保持该温度的时间为30～40min。
按上述方案，更优选地，在达到所述连接的温度之前还包括以下步骤：在200～250℃下保温20～30min。
本发明的基本原理如下：
本发明主要通过向纳米Ag焊料中添加纳米Cu颗粒来制备纳米Ag-Cu焊膏，使所制得的焊膏同时具有纳米Ag和Cu的优异性能。当颗粒的尺寸达到纳米尺度时，颗粒会具有很高的表面能，导致熔点及烧结温度大幅度降低。利用纳米Ag和Cu的尺寸效应，就可以使钎料完成“低温封装，高温服役”的使命。利用Cu的优秀的抗电化学迁移性能和Ag的良好抗氧化性，使得纳米Ag-Cu焊膏具有常规焊料所不具备的优良特性。这些优良特性可以使纳米Ag-Cu焊膏更好地应用于微电子封装领域。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供的纳米Ag-Cu焊膏同时具备Ag和Cu的优良性能。
(2)本发明提供的纳米Ag-Cu焊膏制备方法简单，使用方便，安全可靠。
(3)本发明提供的纳米Ag-Cu焊膏生产成本相对较低，其在具有优秀抗氧化性能的同时兼具良好的抗电化学迁移率、优秀的电导率和热导率，可直接作为钎料应用于电子封装领域。(4)将本发明得到的纳米Ag-Cu焊膏用于连接铜母材，对连接温度要求较低，仅为280～350℃，且所得连接件的接头界面层结合良好，未观察到裂纹及孔隙等缺陷，剪切强度大于20MPa。
附图说明
图1为本发明采用纳米Ag-Cu焊膏连接铜的示意图。
图2为实施例1制得的粒径为5～10nm的纳米Ag颗粒的SEM图。
图3为实施例1制得的粒径为20～60nm的纳米Cu颗粒的SEM图。
图4为实施例1制得的纳米Ag-Cu混合粉体的XRD图谱。
图5为应用实施例1制得的采用纳米Ag-Cu焊膏连接铜/铜接头的界面区域微观形貌图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
纳米Ag-Cu焊膏的制备，具体步骤如下：
1、Ag粉(粒径为5～10nm的纳米银颗粒)的制备：
首先，将0.6g氢氧化钠和4.65g硬脂酸溶于600mL去离子水中，加热到80℃，加入2.5g AgNO3，恒温搅拌1h后取上层白色的蜡状物质离心清洗，离心速率为7000r/min，清洗4次(其中使用去离子水清洗3次，酒精清洗1次)，每次清洗时间为10min。随后，将白色蜡状物质放在通氮气的管式炉中加热，管式炉升温速率为5℃/min，当加热到250℃时保温90min，最后得到粒径为5～10nm的纳米银颗粒。图2为本实施例制得的纳米银颗粒的SEM图。
2、Cu粉(粒径为20～60nm的纳米铜颗粒)的制备：
首先，将0.7433g次磷酸钠和0.16g PVP加入到60ml一缩二乙二醇溶液中并加热到80℃，再加入1.9974gCuSO4·5H20，恒温搅拌1h后取反应液中的紫黑色沉淀物质离心清洗，离心速率为7000r/min，清洗4次(其中使用去离子水清洗3次，酒精清洗1次)，每次清洗时间为10min。然后将所述紫黑色沉淀物质进行干燥处理，最后得到粒径为20～60nm的纳米铜颗粒。图3为本实施例制得的纳米铜颗粒的SEM图。
3、纳米Ag-Cu焊膏的制备：将步骤1和2分别得到的粒径为5～10nm的纳米Ag粉和粒径为20～60nm的纳米Cu粉按质量比为3:1的比例混合，加入酒精研磨直至酒精完全挥发，得到混合均匀的纳米Ag-Cu混合粉体，再加入质量为纳米Ag-Cu混合粉体总质量十分之一的丙三醇调制成粘稠膏状，得纳米Ag-Cu焊膏。
图4为本实施例步骤3中所得纳米Ag-Cu混合粉体的XRD图谱。
实施例2
纳米Ag-Cu焊膏的制备，具体步骤如下：
步骤1、2同实施例1；
步骤3、纳米Ag-Cu焊膏的制备：将步骤1和2分别得到的粒径为5～10nm的纳米Ag粉和粒径为20～60nm的纳米Cu粉按质量比为4:1的比例混合，加入酒精研磨直至酒精完全挥发，得到混合均匀的纳米Ag-Cu粉，再加入质量为纳米Ag-Cu粉总质量八分之一的丙三醇，调制成粘稠膏状，得纳米Ag-Cu焊膏。
应用实施例1
采用实施例1制备的纳米Ag-Cu焊膏连接镀Ni/Ag铜，具体步骤如下：
1、将两块镀Ni/Ag铜在酒精中超声清洗30min，吹干待用。
2、取少量实施例1中制得的纳米Ag-Cu焊膏，均匀涂抹在镀Ni/Ag铜的待连接面上，合上待连接面，得到镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜待连接件。
3、将镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜待连接件置入热压机中，设置压力为5MPa，首先在200℃的温度下保温20min，再在350℃的温度下保温30min，之后随炉冷却至室温，得到最终产物镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜接头。
将本实施例制得的接头在万能试验机上进行剪切强度的测试，结果显示：接头平均剪切强度超过20MPa。
图5为本应用实施例采用纳米Ag-Cu焊膏制得的镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜接头的接头界面区域的微观形貌图，由图可见，母材与连接层之间界面结合良好，且焊料层较为均匀致密。
应用实施例2
采用实施例2制备的纳米Ag-Cu焊膏在不同工艺下连接镀Ni/Ag铜，具体步骤如下：
1、将两块镀Ni/Ag铜在酒精中超声清洗30min，吹干待用。
2、取少量实施例2制得的纳米Ag-Cu焊膏，均匀涂抹在镀Ni/Ag铜母材的待连接面上，合上待连接面，得到镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜待连接件。
3、将镀Ni/Ag铜/纳米Ag-Cu焊膏/镀Ni/Ag铜待连接件置入热压机中，设置压力为4MPa，首先在250℃的温度下保温25min，再在320℃的温度下保温35min，之后随炉冷却至室温，得到最终产物铜/铜接头。
所得接头的连接层均匀致密，与母材结合良好。

Claims (8)

1.一种纳米Ag-Cu焊膏，其特征在于，其由Ag粉、Cu粉和丙三醇按照一定比例制备而成，所述Ag粉的粒径为5～10nm，Cu粉的粒径为20～60nm，
所述粒径为5～10nm的Ag粉的制备方法为：
(1)将氢氧化钠和硬脂酸溶于去离子水中加热到80℃，加入AgNO3，恒温搅拌1h后取上层白色的蜡状物质离心清洗；
(2)在通氮气条件下，将步骤(1)中经离心清洗后的白色蜡状物质以5℃/min的升温速率加热到250℃并保温90min，得到粒径为5～10nm的纳米银颗粒；
所述粒径为20～60nm的Cu粉的制备方法为：
(1)将次磷酸钠和PVP加入到一缩二乙二醇溶液中并加热到80℃，加入CuSO4·5H2O，恒温搅拌1h后取反应液中的紫黑色物质；
将步骤(1)中得到的紫黑色物质离心清洗和干燥处理，最后得到粒径为20～60nm的纳米铜颗粒。
2.根据权利要求1所述的纳米Ag-Cu焊膏，其特征在于，所述Ag粉和Cu粉的质量比为2～4:1；所述Ag粉和Cu粉的质量之和与丙三醇的质量比为8～12:1。
3.权利要求1～2中任一项所述纳米Ag-Cu焊膏的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
取Ag粉和Cu粉，加入适量酒精研磨，直至酒精完全挥发，得到均匀的Ag-Cu混合粉末，再加入丙三醇调制成粘稠膏状，得到纳米Ag-Cu复合焊膏。
4.权利要求1～2中任一项所述纳米Ag-Cu焊膏的应用，其特征在于，将其作为焊料用于制备铜与铜的连接件。
5.一种铜与铜的连接件，其特征在于，它是采用权利要求1～2中任一项所述纳米Ag-Cu焊膏连接制得，所述铜与铜的表面均镀有Ni层和Ag层。
6.权利要求5所述的铜与铜的连接件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
取适量纳米Ag-Cu焊膏，均匀地涂抹在两块铜母材的待连接面上，之后将两块铜母材的待连接面对接，在一定压力条件下进行连接。
7.根据权利要求6所述的铜与铜的连接件的制备方法，其特征在于，所述压力为3～5MPa；所述连接的温度为280～350℃，且保持该温度的时间为30～40min。
8.根据权利要求7所述的铜与铜的连接件的制备方法，其特征在于，在达到所述连接的温度之前还包括以下步骤：在200～250℃下保温20～30min。
CN201710690344.3A 2017-08-14 2017-08-14 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用 Active CN107511602B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710690344.3A CN107511602B (zh) 2017-08-14 2017-08-14 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710690344.3A CN107511602B (zh) 2017-08-14 2017-08-14 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107511602A CN107511602A (zh) 2017-12-26
CN107511602B true CN107511602B (zh) 2019-12-17

Family

ID=60723285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710690344.3A Active CN107511602B (zh) 2017-08-14 2017-08-14 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107511602B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109277722A (zh) * 2018-10-06 2019-01-29 天津大学 一种改善银电化学迁移的Ag-Si纳米焊膏的制备方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109226993A (zh) * 2018-08-30 2019-01-18 桂林电子科技大学 一种微米铜-银焊膏导热材料及其制备方法
CN109545696B (zh) * 2018-11-28 2023-01-06 哈尔滨工业大学 一种采用单相纳米银铜合金焊膏制备低温连接高温服役接头的方法
CN110102934A (zh) * 2019-04-30 2019-08-09 周轻轩 一种抗电化学迁移型纳米银复合焊膏材料的制备方法
CN111408870A (zh) * 2020-04-01 2020-07-14 重庆群崴电子材料有限公司 纳米双金属超固溶结构焊膏及其制备方法
CN114473110B (zh) * 2022-02-28 2024-01-26 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种抗电迁移抗氧化的焊膏及其应用
CN115026458A (zh) * 2022-06-17 2022-09-09 温州宏丰电工合金股份有限公司 Ag基合金粉体浆料、Ag基合金活性焊料及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5580562B2 (ja) * 2009-09-09 2014-08-27 地方独立行政法人 大阪市立工業研究所 銀−銅系混合粉末及びそれを用いた接合方法
WO2013145258A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 株式会社応用ナノ粒子研究所 銅フィラー含有複合ナノ金属ペースト及び接合方法
CN102922177B (zh) * 2012-10-25 2014-08-13 哈尔滨工业大学 纳米金属间化合物焊膏及其制备方法
CN105127609B (zh) * 2015-10-15 2017-03-08 哈尔滨工业大学 铜/银核壳纳米颗粒低温烧结复合焊膏及其制备方法
CN106041352B (zh) * 2016-08-17 2018-05-01 武汉工程大学 一种有机酸银包覆纳米银颗粒及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109277722A (zh) * 2018-10-06 2019-01-29 天津大学 一种改善银电化学迁移的Ag-Si纳米焊膏的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107511602A (zh) 2017-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107511602B (zh) 一种纳米Ag-Cu焊膏及其制备方法与应用
CN108526751B (zh) 一种可用于无压烧结的微纳米混合焊膏及其制备方法
JP5606421B2 (ja) 銅ナノ粒子を用いた焼結性接合材料及びその製造方法及び電子部材の接合方法
CN107538148B (zh) 一种复合纳米银焊膏及其应用
CN107833651A (zh) 一种复合纳米银膏及快速烧结封装方法
CN112157371B (zh) 一种亚微米Cu@Ag焊膏及其制备方法
CN109332939B (zh) 一种单相纳米银铜合金固溶体焊膏及其制备方法
CN104117782B (zh) 一种新型预制片高温钎料及其制备方法
JP5557698B2 (ja) 焼結接合剤、その製造方法およびそれを用いた接合方法
CN111843287A (zh) 纳米银焊膏及其制备方法和应用
CN101306468A (zh) 导电聚吡咯包裹铜银复合纳米粒子的制备方法
CN114535863B (zh) 一种***结的纳米铜焊膏、其制备方法及其使用方法
CN112475662A (zh) 纳米银焊膏及其制备方法和在芯片封装互连结构中的应用
CN113579563B (zh) 纳米立方银焊膏、互连结构及焊接方法
TWI623946B (zh) 奈米銀漿料之製備方法
CN108555428A (zh) 一种金属基纳米复合焊料的制备方法及应用
CN116275028A (zh) 用于低温连接、高温服役的碳纳米球@Ag核壳材料的制备方法与互连工艺
CN114310038B (zh) 银盐纳米银复合焊膏及制备方法烧结方法和应用
Zhang et al. Synergy effect of mixed sintering accelerator on the deoxidation and sintering property improvement of Cu nanoparticles at low temperature
WO2022061834A1 (zh) 一种铜颗粒焊膏及其制备方法以及烧结方法
CN113385857A (zh) 一种多尺寸微纳米金属颗粒焊膏原位互连工艺及其产品
CN107538147A (zh) 一种复合纳米银焊料及由其制备而成的连接件
CN114654126B (zh) 一种银包覆铜焊膏及其制备方法
Lai et al. Study on the interconnect performance of multicomponent paste for 3rd generation semiconductor packaging
Wu et al. Effects of size distributions of copper nanoparticles on the pressureless bonding performance of the copper paste for die attachment

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant