一种低温烧结纳米银浆及制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料制备技术，具体是一种低温烧结纳米银浆及制备工艺。
【背景技术】
[0002]以碳化硅为代表的第三代半导体，与第一代、第二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度，高的击穿电压，高的热导率，高的电子饱和以及更高的抗辐射能力。这些特点使第三代半导体能承受更高的功率密度，然而这对其封装也提出了更高的挑战，芯片与基板的互连材料作为最接近芯片的材料，对芯片性能的发挥产生极其重要的影响。
[0003]传统芯片与基板的互连材料一合金焊料和导电胶由于存在着致命的缺陷难以满足需求。合金焊料在高温状态可靠性不高的缺点，同时合金焊料在器件工作状态下热应力较大，易造成芯片因热膨胀系数不匹配而失效；导电胶的热导率较低，通常处于10-25W/m.K，而且导电胶的玻璃转化温度较低，随着使用时间的增长，导电胶的树脂基体会逐渐出现疲劳失效的情况，热阻升高，对于芯片的散热和物理性能极为不利。面对高功率密度元器件的发展需求，急需研究开发新的芯片与基板互连材料。低温烧结纳米银浆采用纳米银颗粒作为功能相，其具有最高的金属热导率及电导率，烧结温度低甚至能达到200°C以下，烧结后能承受高的工作温度，具有良好的可靠性，能满足现在大功率元器件的发展需求。
[0004]目前低温烧结纳米银浆的制备过程将纳米银颗粒的制备与后续的银浆制备相分离。通常采用物理方法或化学方法(主要采用液相还原法)制备纳米银颗粒，这些方法得到纯净的纳米银颗粒后，再将其加入到含有表面活性剂等配方混合液中，调节黏度得到银浆，然而在这个制备过程中，纳米银颗粒没有表面活性剂包裹，由于纳米银颗粒具有很高的表面活性能，容易发生硬团聚，减少了银颗粒纳米烧结的优势。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种低温烧结纳米银浆及制备工艺。这种低温烧结纳米银浆能减少杂质对低温烧结纳米银浆烧结性能的影响，提高低温烧结纳米银浆的烧结性能，同时能降低烧结温度；这种工艺能大大减少纳米银颗粒发生硬团聚的现象，且这种工艺制备的纳米银的颗粒大小可控，同时能简化制备工艺。
[0006]实现本发明目的的技术方案是:
一种低温烧结纳米银浆制备工艺，包括如下步骤:
O制备空白反相微乳液、做拟三元相图:复配表面活性剂中两种表面活性剂取不同的比例，复配表面活性剂:助表面活性剂的质量比为2:1，复配表面活性剂与助表面活性剂的总质量:油相有机物的质量比为1:1，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据最大的增溶水量确定复配表面活性剂中两种表面活性剂最佳质量比Kl ；
Kl比例组成的复配表面活性剂与助表面活性剂取不同的质量比，复配表面活性剂与助表面活性剂的总质量:油相有机物的质量比为1:1，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据最大的增溶水量确定复配表面活性剂与助表面活性剂的最佳质量比K2 ；
复配表面活性剂与助表面活性剂比例为K2，其中复配表面活性剂中两种表面活性剂的质量比为K1，复配表面活性剂与助表面活性剂的总质量与油相有机物取不同的比例，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据增溶最大水量时空白反相微乳液中的表面活性剂、助表面活性剂、油相有机物、蒸馏水的质量比，做出拟三元相图；
2)制备含纳米银颗粒的反相微乳液:将银源、还原剂代替蒸馏水，根据步骤I)得到的拟三元相图中的复配表面活性剂、助表面活性剂、油相有机物的最佳配比，分别制备银源反相微乳液、还原剂反相微乳液，将还原剂反相微乳液以每滴0.1mL滴加到银源反相微乳液中，确保银源被完全还原，滴加过程中不断搅拌，滴加还原剂反相微乳液完成后，继续搅拌半小时，反应得到含纳米银颗粒的反相微乳液；
3)离心分离:向含纳米银颗粒的反相微乳液进行2-4次离心分离，分离出油相有机物和水相溶液，得到由复配表面活性剂吸附的纳米银颗粒；
4)将步骤3)中得到的复配表面活性剂吸附的纳米银颗粒与有机载体混合，调节粘度，制得低温烧结纳米银浆。
[0007]所述复配表面活性剂组成成分均为非离子表面活性剂。
[0008]所述助表面活性剂采用碳原子个数为3-6的醇。
[0009]所述油相有机物采用碳原子个数为5-8的烷烃。
[0010]所述有机载体为高分子聚合物。
[0011]这种低温烧结纳米银浆的优点是:低温烧结纳米银浆中的表面活性剂为非离子表面活性剂(有机物)，烧结时都可以分解挥发，因此减少了杂质对低温烧结纳米银浆烧结性能的影响，提高低温烧结纳米银楽的烧结性能，同时纳米银颗粒可以达到10-50nm，纳米银颗粒具有的表面或性能大，有助于降低烧结温度。
[0012]这种工艺的优点是:纳米银颗粒从形核生长到形成最终的浆料都有表面活性剂包裹，大大减少了纳米银颗粒发生硬团聚的现象，且这种工艺制备的纳米银的颗粒大小可控，同时简化了制备工艺。
【附图说明】
[0013]图1为实施例中含银源的反相微乳液的示意图；
图2为实施例中含还原剂的反相微乳液的示意图；
图3为实施例中银源与还原剂两种物质在复配表面活性剂/助表面活性剂包裹下反应的示意图；
图4为实施例中银源与还原剂反应后生成纳米颗粒的示意图；
图5为实施例中含纳米银颗粒微乳液离心后的示意图；
图6为实施例中低温烧结纳米银浆的示意图。
[0014]图中，I为司盘80与曲拉通X-100，2为正己醇，3为正庚烷，4为PVP (聚乙烯吡咯烷酮)，A为硝酸银，B为水合肼，C为纳米银颗粒。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
[0016]一种低温烧结纳米银浆制备工艺，包括如下步骤:
O制备空白反相微乳液、做拟三元相图:复配表面活性剂中两种表面活性剂取不同的比例，复配表面活性剂:助表面活性剂的质量比为2:1，复配表面活性剂与助表面活性剂的总质量:油相有机物的质量比为1:1，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据最大的增溶水量确定复配表面活性剂中两种表面活性剂最佳质量比Kl ；
Kl比例组成的复配表面活性剂与助表面活性剂取不同的质量比，复配表面活性剂与助表面活性剂的总质量:油相有机物的质量比为1:1，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据最大的增溶水量确定复配表面活性剂与助表面活性剂的最佳质量比K2 ；
复配表面活性剂与助表面活性剂比例为K2，其中复配表面活性剂中两种表面活性剂的质量比为K1，复配的表面活性剂与助表面活性剂的总质量与油相有机物取不同的比例，将复配表面活性剂各成分、助表面活性剂与油相有机物依次添加到不同的比色管中，在恒定的温度下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据增溶最大水量时空白反相微乳液中的表面活性剂、助表面活性剂、油相有机物、蒸馏水的质量比，做出拟三元相图；
2)制备含纳米银颗粒的反相微乳液:将银源、还原剂代替蒸馏水，根据步骤I)得到的拟三元相图中的复配表面活性剂、助表面活性剂、油相有机物的最佳配比，分别制备银源反相微乳液、还原剂反相微乳液，将还原剂反相微乳液以每滴0.1mL滴加到银源反相微乳液中，确保银源被完全还原，滴加过程中不断搅拌，滴加还原剂反相微乳液完成后，继续搅拌半小时，反应得到含纳米银颗粒的反相微乳液；
3)离心分离:向含纳米银颗粒的反相微乳液进行2-4次离心分离，分离出油相有机物和水相溶液，得到由复配表面活性剂吸附的纳米银颗粒；
4)将步骤3)中得到的复配表面活性剂吸附的纳米银颗粒与有机载体混合，调节粘度，制得低温烧结纳米银浆。
[0017]所述复配表面活性剂组成成分均为非离子表面活性剂，本例复配表面活性剂组成为司盘80，曲拉通X-100。
[0018]所述的助表面活性剂采用碳原子个数为3-6的醇，本例为正己醇。
[0019]所述的油相有机物采用碳原子个数为5-8的烷烃，本例为正庚烷。
[0020]所述的有机载体为高分子聚合物，本例为PVP。
[0021 ] 银源为硝酸银，还原剂为水合肼。
[0022]实施例:
一种低温烧结纳米银浆的制备工艺，包括如下步骤:
O制备空白反相微乳液、做拟三元相图:
司盘80:曲拉通X-100取不同的质量比3:7，1:4，1:5，1:6，1:7，1:8，司盘80与曲拉通x-100 1:正己醇2的质量比为2:1，司盘80、曲拉通x-100与正己醇2的总质量:正庚烷3的质量比为1:1，将司盘80、曲拉通X-100、正己醇2与正庚烷3按相应比例依次添加到各个比色管中，在30 °C条件下边搅拌边滴加蒸馏水制备空白反相微乳液，根据最大的增溶水量确定司盘80与曲拉通X-100 I最佳质量比Kl为1:5 ;