专利名称：一种半导体芯片贴装用环保型银导体浆料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，适用于半导体芯片贴装等电子元器件制造领域，尤其是涉及一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料及其制备方法。
背景技术：
在现代电子工业中，人们对电子元器件要求越来越高，生产多采用流程化、标准化来进行以降低成本，半导体芯片的贴装就由原来的焊接、流焊技术发展到现在的生产线贴装，相应的就需求新的要求的导体浆料与半导体芯片的贴装相匹配，开展新的导体浆料的研究也就势在必行。一般来讲，电子浆料的主要成分包括有功能相如金属、贵金属粉末等、无机粘结剂如玻璃粉末、氧化物粉末等、有机粘结剂、其它的溶剂和添加剂。通常，电子浆料中的功能相起导电作用，要具有很好的导电性能，一般由金属粉末或贵金属粉末来充当，常用的金属粉末有铜粉、铝粉、锌粉、镍粉等，常用的贵金属粉有金粉、银粉、钼粉、钯粉等。无机粘结剂起固定电子浆料到基材的作用，一般由氧化物粉末和玻璃粉末来充当，但是这一成分在电子浆料的比重比较低，有的甚至没有；有机粘结剂主要起使浆料具有一定的形状、易于印刷或涂敷的作用，主要有高分子树脂、小分子树脂等来充当，随着化学工业技术的进步这部分在电子浆料中的作用越来越突出，改变有机粘结剂的成分就可以改变电子浆料的干燥、烧结性能。在现有的电子浆料领域里，银系列导体浆料具有导电率高，性能稳定，与基板结合强度大等特点，广泛应用于集成电路、芯片贴装、薄膜开关等电子元器件的生产。但是，以往在芯片贴装领域多用含铅玻璃粉制成的导体浆料，随着各种环保法规的实施，氧化铅成为了各国政府和环保组织禁止使用的物质，电子浆料也同样面临诸如此类的问题需要解决， 环保的问题不解决，就限制了导体浆料在民用产品市场的发展。鉴于以上现有银导体浆料存在的不足，开发出一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料并能大规模生产就成为当务之急。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，该浆料导电性能好、附着力强、稳定性好、膨胀系数低、不易氧化，与芯片、芯片基板有优良的润湿性和相容性。本发明的另一个目的是提供一种上述浆料的制备方法，在制备的过程中所用的是现有的浆料的生产设备，故在浆料的生产加工过程中不需要另外进行新的投资，同时有利于环境保护和含有此电极浆料的电子产品的回收与重复利用。为实现上述目的，本发明采用的下述技术方案一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，该浆料由下述质量百分比的原料制备而成超细银粉65 80%、有机载体10 30%、无铅玻璃粉末2 8%和添加剂3 12% ；所述超细银粉为粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉；所述有机载体为有机溶剂和有机添加剂，按照质量百分比为4 7 3 6组成；所述无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂、表面活性剂按照质量比为1 5 1的比例组成。本发明浆料的进一步特征在于所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、松节油中的一种或两种以上的混合物。所述有机添加剂为酚醛树脂、乙基纤维素、甲基纤维素中的一种或两种以上的混合物。所述分散剂选择邻苯二甲酸二辛脂、乳酸单甘油脂、丙二醇丁醚中的一种或两种以上的混合物。所述表面活性剂选择十六醇、卵磷脂、蓖麻油中的一种或两种以上的混合物。本发明还给出了该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法，该方法包括下述步骤1)粉末混合将粒径为0. 1 5μπι的超细银粉按照质量百分比为65 80%与 2 8%无铅玻璃粉末混勻后，待用；2)制备有机载体按质量百分比10 30%称量有机载体，其中，有机载体按照有机溶剂松油醇、丁基卡必醇或松节油与有机添加剂酚醛树脂、乙基纤维素或甲基纤维素按照质量百分比为4 7 3 6的比例配制，放入70 100°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)浆料混合将步骤2)制备的有机载体与质量百分比为3 12%的添加剂加入到步骤1)制备的超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；添加剂为分散剂和表面活性剂按照质量比为1 5 1的比例组成；4)浆料辊轧把步骤3)得到的初步的浆料用三辊轧机进行2 10遍辊轧，至浆料达小于5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。从以上制备方法可以看出，上述的导体浆料及其制备过程的主要优点在于以下几个方面1、上述的导体浆料主要以超细银粉作为功能相，一方面是由于超细银粉是一种技术比较成熟的金属粉末，现在已经大规模生产，易被人们所接受；另一方面超细银粉具有优良的性能，制成的导体浆料导电性能优良，比较符合对于高导电率的要求。2、结合以往的导体浆料的物理化学性能并对其进行分析，加入不含铅、镉等有害物质的无铅玻璃粉末，浆料的润湿性、表面平滑性、相溶性、与芯片、芯片基板的结合强度良好，可以完全替代含铅的导体浆料用于芯片贴装的工业化生产制造领域。3、本发明中的有机溶剂载体是将不同沸点及挥发速度的溶剂按照一定比例配置在一起，使银导体浆料在贴砖过程中逐次挥发，不宜形成气孔、裂缝等缺陷，使导体浆料与芯片、芯片基板连接牢靠，提高连接强度。
按照上述方法制备的导体浆料导电性能、接触性能、连接性能优良；本发明通过调整各种无机成分与有机成分的含量，可以与芯片、芯片基板相适应，达到使产品性能更加优良的效果，保证了产品的质量稳定。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1 该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其具体的制备是按照如下的工艺步骤完成的首先按照质量百分比准备以下原料超细银粉65%、有机载体30%、无铅玻璃粉末2%和添加剂3% ；其中超细银粉为粒径为0. 1 5μπι的超细银粉；有机载体中的有机溶剂选择丁基卡必醇，有机添加剂选择甲基纤维素，两者比例为4. 5 5. 5 ；无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂和表面活性剂，其中分散剂选择邻苯二甲酸二辛酯；表面活性剂选择十六醇，其中分散剂与表面活性剂按照1 1的比例组成。此种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法如下1)粉末混合首先按质量百分比称量粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉，然后再把称量超细银粉和无铅玻璃粉末混合在一起，混勻后待用；2)制备有机载体按前述质量百分比称量有机溶剂和有机添加剂，放入70°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)浆料混合按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；4)浆料辊轧把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行8遍辊轧，检查到小于 5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。实施例2 该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其具体的制备是按照如下的工艺步骤完成的首先按照质量百分比准备以下原料超细银粉68%、有机载体18%、无铅玻璃粉末8%和添加剂6% ；其中超细银粉为粒径为0. 1 5μπι的超细银粉；有机载体中的有机溶剂选择松节油，有机添加剂选择酚醛树脂，两者比例为4 6 ；无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂和表面活性剂，其中分散剂选择丙二醇丁醚；表面活性剂选择蓖麻油，其中分散剂与表面活性剂按照31的比例组成。此种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法如下1)粉末混合首先按质量百分比称量粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉，然后再把称量超细银粉和无铅玻璃粉末混合在一起，混勻后待用；2)制备有机载体按前述质量百分比称量有机溶剂和有机添加剂，放入75°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；
3)将料混合按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；4)浆料辊轧把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行6遍辊轧，检查到小于 5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。实施例3 该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其具体的制备是按照如下的工艺步骤完成的首先按照质量百分比准备以下原料超细银粉66%、有机载体20%、无铅玻璃粉末2%和添加剂12% ；其中超细银粉为粒径为0. 1 5μπι的超细银粉；有机载体中的有机溶剂选择松油醇和丁基卡必醇(按质量百分比1 2混合)，有机添加剂选择乙基纤维素，两者比例为 6.5 3. 5;无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂和表面活性剂，其中分散剂选择邻苯二甲酸二辛酯；表面活性剂选择卵磷脂，其中分散剂与表面活性剂按照 3.5 1的比例组成。此种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法如下1)粉末混合首先按质量百分比称量粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉，然后再把称量超细银粉和无铅玻璃粉末混合在一起，混勻后待用；2)制备有机载体按前述质量百分比称量有机溶剂和有机添加剂，放入85°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)将料混合按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；4)浆料辊轧把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行2遍辊轧，检查到小于 5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。实施例4 该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其具体的制备是按照如下的工艺步骤完成的首先按照质量百分比准备以下原料超细银粉75%、有机载体15%、无铅玻璃粉末5%和添加剂5% ；其中超细银粉为粒径为0. 1 5μπι的超细银粉；有机载体中的有机溶剂选择松油醇，有机添加剂选择乙基纤维素和甲基纤维素(按质量比4 1混合)，两者比例为7 3； 无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂和表面活性剂，其中分散剂选择邻苯二甲酸二辛酯和丙二醇丁醚(按质量比3 1混合)；表面活性剂选择十六醇，其中分散剂与表面活性剂按照51的比例组成。此种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法如下1)粉末混合首先按质量百分比称量粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉，然后再把称量超细银粉和无铅玻璃粉末混合在一起，混勻后待用；2)制备有机载体按前述质量百分比称量有机溶剂和有机添加剂，放入100°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)将料混合按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；4)浆料辊轧把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行10遍辊轧，检查到小于 5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。实施例5 该基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其具体的制备是按照如下的工艺步骤完成的首先按照质量百分比准备以下原料超细银粉80%、有机载体10%、无铅玻璃粉末6%和添加剂4% ；其中超细银粉为粒径为0. 1 5μπι的超细银粉；有机载体中的有机溶剂选择丁基卡必醇，有机添加剂选择酚醛树脂，两者比例为6 4 ；无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂和表面活性剂，其中分散剂选择乳酸单甘脂；表面活性剂选择十六醇和卵磷脂(按质量比4 1混合)，其中分散剂与表面活性剂按照2. 5 1的比例组成。此种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法如下1)粉末混合首先按质量百分比称量粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉，然后再把称量超细银粉和无铅玻璃粉末混合在一起，混勻后待用；2)制备有机载体按前述质量百分比称量有机溶剂和有机添加剂，放入90°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)将料混合按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；4)浆料辊轧把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行9遍辊轧，检查到小于 5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。
权利要求
1.一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其特征在于，该浆料由下述质量百分比的原料制备而成超细银粉65 80%、有机载体10 30%、无铅玻璃粉末2 8%和添加剂3 12%;所述超细银粉为粒径为0. 1 5 μ m的超细银粉；所述有机载体为有机溶剂和有机添加剂，按照质量比为4 7 3 6组成；所述无铅玻璃粉末为硼铝硅酸锌系玻璃粉；所述添加剂为分散剂、表面活性剂按照质量比为1 5 1的比例组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其特征在于，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、松节油中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其特征在于，所述有机添加剂为酚醛树脂、乙基纤维素、甲基纤维素中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其特征在于，所述分散剂选择邻苯二甲酸二辛脂、乳酸单甘油脂、丙二醇丁醚中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料，其特征在于，所述表面活性剂选择十六醇、卵磷脂、蓖麻油中的一种或两种以上的混合物。
6.一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤1)粉末混合将粒径为0.1 5μπι的超细银粉按照质量百分比为65 80%与2 8%无铅玻璃粉末混勻后，待用；2)制备有机载体按质量百分比10 30%称量有机载体，其中，有机载体按照有机溶剂松油醇、丁基卡必醇或松节油与有机添加剂酚醛树脂、乙基纤维素或甲基纤维素按照质量百分比为4 7 3 6的比例配制，放入70 100°C的水浴锅中恒温加热，直至有机添加剂完全溶解，冷却至室温待用；3)浆料混合将步骤2)制备的有机载体与质量百分比为3 12%的添加剂加入到步骤1)制备的超细银粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均勻为止，然后经过滤得到初步的浆料；添加剂为分散剂和表面活性剂按照质量比为1 51的比例组成；4)浆料辊轧把步骤3)得到的初步的浆料用三辊轧机进行2 10遍辊轧，至浆料达小于5 μ m的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到浆料成品。
全文摘要
本发明公开了一种基于半导体芯片贴装用环保型银导体浆料及其制备方法，该浆料包括超细银粉65～80％、有机载体10～30％、无铅玻璃粉末2～8％和添加剂3～12％；有机载体为有机溶剂和有机添加剂，按照质量百分比为4～7∶3～6组成；添加剂为分散剂和表面活性剂按照质量比为1～5∶1的比例组成。制备方法包括1)粉末混合，待用；2)制备有机载体，冷却至室温待用；3)浆料混合，即得环保型银导体浆料。该浆料导电性能好、附着力强、稳定性好、膨胀系数低、不易氧化，与芯片、芯片基板有优良的润湿性和相溶性。
文档编号H01B1/22GK102222536SQ201110075609
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者张宇阳 申请人:彩虹集团公司