一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法和应用与流程

本发明属于器件封装，具体涉及一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法和应用。

背景技术：

1、现有的纳米烧结银/铜等烧结金属之间的连接技术，一般可以分为以下几个过程：有机溶剂挥发，纳米颗粒表面分散剂或粘接剂的分解挥发，纳米颗粒烧结等三个过程。其中，有机溶剂/分散剂挥发是关键一步；部分纳米烧结连接技术，使用的是湿法工艺，在将电子器件和纳米膏体放置于基材上之后采用直接烘烤的方式，有机溶剂在热流下膨胀气化进而挥发，在气化过程中，纳米膏内部形成大的气孔；同时由于电子器件的覆盖，导致纳米膏体中的溶剂/分散剂挥发通道过小，使溶剂囚笼在纳米膏内部不易挥发，也容易使小气孔团聚，形成更大气孔(大空洞)，甚至导致电子器件挪位或倾斜，且所产生的气孔在后续的烧结过程中也无法愈合，形成永久孔洞，从而导致键合强度下降，键合的可靠性降低。虽然现有技术中也有通过先烘烤纳米银膏，再安放电子器件的干法工艺，但如果所需纳米膏厚度较厚，纳米膏自身也会导致挥发通道堵塞，也会形成大的气孔。因此，亟需研发一种能够降低纳米金属膏空洞率的粘接方法，有效提高纳米烧结金属间的键合强度。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法和应用。本发明的烧结粘接方法能够有效降低金属键合的空洞率，提高导热率和提升键合强度，最终提高器件的可靠性。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，包括以下步骤：

3、s1、将纳米膏体印刷到被粘接基材上；

4、s2、将电子器件安放到纳米银膏上；

5、s3、将贴有电子器件的基材进行冷冻干燥；

6、s4、将干燥后的产品进行烧结；

7、步骤s3中所述冷冻干燥包括以下操作：

8、第一阶段：预冻，所述预冻的温度为10℃以下；通过预冻排除热量，使纳米烧结金属膏冷却，冷冻凝结成固体；

9、第二阶段：初次干燥；该过程中纳米烧结金属膏表面的溶剂冰晶开始升华，随着这一过程的不断进行，膏体内部的溶剂冰晶也逐步升华，升华产生的溶剂气氛从之前干燥产生的纳米通道排出。需要说明的是，溶剂气氛干燥的速度取决于真空度，随着持续不断的干燥过程，初次干燥结束，纳米烧结膏中的溶剂基本全部升华；

10、第三阶段：二次干燥；第四阶段：最终干燥；

11、或第一阶段：预冻，所述预冻的温度为10℃以下；第二阶段：初次干燥；第三阶段：最终干燥。

12、本发明中的二次干燥或最终干燥步骤均是为了将纳米烧结金属膏中的残余溶剂尽量去除。因为二次干燥或最终干燥过程中需要克服溶剂的毛细作用力，同时由于提高温度去除残余溶剂会导致气孔聚集，导致胶水溢出，从而导致电子器件短路，因此需要通过梯度提升真空度的方式来实现对溶剂的去除。

13、优选地，所述冷冻干燥中第一阶段的预冻温度为-10℃以下。

14、更优选地，所述冷冻干燥中第一阶段的预冻温度为-20～-40℃。

15、优选地，步骤s3中所述初次干燥的温度为第一阶段的温度。

16、优选地，步骤s3中所述初次干燥的真空值低于10mbar。更优选地，所述初次干燥的真空值低于5mbar。当初次干燥的真空值低于1mbar时能够实现最佳的效果。

17、优选地，步骤s3中所述初次干燥的时间为30～60min。

18、本发明在冷冻干燥的第一阶段中，如果真空度及温度太高，会导致初始的溶剂迅速挥发，产生大量的孔洞。如果真空度及温度太低，会导致干燥的速率太低，影响生产效率。

19、优选地，步骤s3中所述二次干燥或最终干燥的温度为第一阶段的温度。

20、优选地，步骤s3中所述二次干燥或最终干燥的真空值低于1mbar。

21、更优选地，步骤s3中所述二次干燥或最终干燥的真空值为0.8mbar～0.05mbar。

22、优选地，步骤s3中所述二次干燥或最终干燥的时间为30～60min。

23、优选地，步骤s4中所述烧结的条件为在10～20mpa下烧结5～10分钟。本发明中所述烧结的条件可以是目前行业内所有烧结产品适用的烧结条件。

24、本发明中由于整个干燥过程是在较低温度下进行，有机溶剂不会气化膨胀，同时由于纳米膏骨架被冻结，能抑制大气孔的形成，所以干燥后的连接键合层均匀致密，从而导致金属键合的空洞率降低，导热率提高，键合强度提升，最终器件的可靠性大幅提高。同时，由于溶剂升华留下纳/微米级通道，均匀分布在整个金属键合层中。在器件使用中，这些通道能吸收应力，从而使金属键合的可靠性进一步提高。

25、本发明还请求保护一种所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法制备得到的电子器件。

26、本发明还请求一种所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法在电子器件贴合领域中的应用。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明的烧结粘接方法能够有效降低金属键合的空洞率，提高导热率和提升键合强度，最终提高器件的可靠性。

技术特征：

1.一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，所述冷冻干燥中第一阶段的预冻温度为-10℃以下。

3.如权利要求2所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，所述冷冻干燥中第一阶段的预冻温度为-20～-40℃。

4.如权利要求1所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：

5.如权利要求4所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，步骤s3中所述初次干燥的真空值为低于5mbar。

6.如权利要求1所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：

7.如权利要求1所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，其特征在于，步骤s4中所述烧结的条件为在10～20mpa下烧结5～10分钟。

8.一种如权利要求1～7任一所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法制备得到的电子器件。

9.一种如权利要求1～7任一所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法在电子器件贴合领域中的应用。

技术总结
本发明属于器件封装技术领域，具体涉及一种降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法和应用。所述降低纳米金属膏空洞率的烧结粘接方法，包括以下步骤：S1、将纳米膏体印刷到被粘接基材上；S2、将电子器件安放到纳米银膏上；S3、将贴有电子器件的基材进行冷冻干燥；S4、将干燥后的产品进行烧结；所述冷冻干燥包括以下操作：第一阶段：预冻，所述预冻的温度为10℃以下；第二阶段：初次干燥；第三阶段：二次干燥；第四阶段：最终干燥；或第一阶段：预冻，所述预冻的温度为10℃以下；第二阶段：初次干燥；第三阶段：最终干燥。本发明的烧结粘接方法能够有效降低金属键合的空洞率，提高导热率和提升键合强度，最终提高器件的可靠性。

技术研发人员：汪礼胜,於挺,任广辉
受保护的技术使用者：中科意创（广州）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14