一种银粉的表面改性方法及其应用与流程

本发明涉及微电子封装，尤其涉及一种银粉的表面改性方法及其应用。

背景技术：

1、系统级封装(sip)是将多种功能芯片或无源器件在三维空间内组装到一起，如将处理器、存储器、传感器等功能芯片混合搭载于同一封装体之内，实现一定功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统的封装技术。因封装体内有诸多如pa、wifi/bt、memory等元件，为了防止封装模组受到外部干扰或者模组内芯片之间的相互干扰，电磁屏蔽(emi)设计是必要的。传统的电磁屏蔽是采用金属屏蔽罩，但屏蔽罩在横向上要占用宝贵的pcb面积，纵向上也要占用设备内部的立体空间，是设备小型化的一大障碍。另外，对于复杂的系统级封装，封装内部各子系统之间除了会相互干扰，且整个屏蔽结构的电磁谐振频率较低，加上数字系统本身的噪声带宽很宽，容易在sip内部形成共振，导致系统无法正常工作。目前主流厂商都在开发相关的分腔屏蔽技术，采用激光打穿封装塑封体，露出封装基板上的接地铜箔，然后填充导电银浆形成屏蔽墙，并与封装表面的屏蔽层一起将各子系统完全隔离开，从而解决sip内部的共振问题，将封装内部各子系统模块间形成隔离区域，实现分腔区域屏蔽的效果。另外，区域屏蔽将屏蔽腔划分成小腔体，减小了屏蔽腔的尺寸，其谐振频率远高于系统噪声频率，避免了电磁共振，从而使得系统更稳定。

2、填缝屏蔽银浆在系统级封装中分腔屏蔽中起着至关重要的作用，其组分中起主导作用的是银粉。银粉是填缝屏蔽银浆的导电相，在银胶中的质量比可达70～85％，对银浆的流变性能、导电性有很大影响，同时对系统级封装芯片或器件的屏蔽效率起决定性的作用。随着电子元器件的小型化、薄型化，先进系统级封装对屏蔽性能的要求越来越高，对于银粉的研究也越来越受到科研人员的关注。目前银粉的制备方法主要有气相法、固相法和液相法。气相法所需设备比较昂贵，投资大，生产效率低；固相法虽然方法简单，但制备的银粉粒径偏大且不可控；液相法所需设备及工艺简单、易操作，适用于大批量生产。目前导电屏蔽用银粉的粒径主要分布在0.1～10μm，通常容易产生软团聚现象，需要通过机械法或化学试剂进行表面处理，经过表面处理的银粉可增加其与载体的润湿性、亲和性，增加银浆的流动性和填充性能，因此银粉表面改性对于获得性能优异的分腔屏蔽银浆是非常重要的。

3、目前银粉的表面改性主要通过特定的有机表面改性剂对银粉进行表面包覆和修饰，通过有机物与粉体表面发生吸附或者化学反应，从而使粉体表面接枝上有机物，即将银粉由亲水性改性为疏水性，增强溶剂对粉末粒子的润湿性，使其所配制浆料具有良好的作业性和流平性。此外，通过增加极性基团可有效降低银粉的表面能，增强银粉颗粒间的静电位阻作用，提高浆料的分散稳定性，达到抗沉降作用。因此，有机包覆剂种类的选择至关重要。常用的改性剂主要包括有机酸、脂肪胺或醇胺、脂类化合物、偶联剂以及醇或醚类长链有机物等。尽管这些改性剂可以改善银粉的疏水性能、分散性，防止团聚、沉降等现象，但是这些改性剂对银粉包覆物的含量都大于0.2％，尤其是针对低粘度体系，为了获得更高的分散及储存稳定性，会进一步提高银粉表面的有机物含量至0.5％以上。然而，过多的有机包覆物会影响银粉的导电性；对应地，过少的包覆物会影响储存及操作稳定性。因此，加强新型表面活性剂的开发，深入探究有机表面活性剂对银粉表面改性的机制及其与银粉所配制银浆中各有机载体和助剂之间的相互作用关系，对降低银粉表面张力，提高其在有机载体中的分散性，相容性及稳定性等具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中，银粉表面改性处理不能满足低粘度银浆分散性、稳定性和流动性的要求，以及无法满足先进系统级封装的屏蔽需求的问题，本发明提供一种银粉的表面改性方法及其应用。本发明采用双子表面活性对银粉进行表面改性，并将该改性银粉用于制备系统级封装分腔屏蔽材料——填缝屏蔽银浆。本发明所提供的改性方法不仅增强了银粉与树脂、基材之间的相容性和润湿性，降低了银浆体系的粘度，还显著改善银粉在低粘度情况下的分散稳定性；同时，由于双子表面活性剂的特殊结构特点，银粉表面的有机包覆物的含量大幅降低，从而赋予银浆更好的导电和屏蔽性能。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一方面，本发明提供一种银粉的表面改性方法，包括如下步骤：

4、s1：将表面处理剂和溶剂搅拌混合均匀得到改性处理液；所述表面处理剂为双子表面活性剂；

5、s2：将银粉在所述改性处理液中超声震荡搅拌，进行改性处理。

6、作为优选地实施方式，所述银粉选自球状银粉、枝状银粉、片状银粉和棒状银粉中的至少一种；

7、优选地，所述银粉的粒径为0.02～30μm。

8、作为优选地实施方式，所述双子表面活性剂选自dc-551双子表面活性剂、dc-551a双子表面活性剂、ot-75双子表面活性剂、gs-a6、everquat mp和toynol ds-136中的至少一种，优选为dc-551和ot-75中的任意一种；

9、优选地，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、甲基异丁基酮、环己酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异丙酯、甲苯和石油醚中的至少一种，进一步优选为乙醇。

10、作为优选地实施方式，所述银粉、表面处理剂和溶剂的质量比为100：0.1～10：100～300。

11、作为优选地实施方式，所述超声震荡搅拌的温度为40～60℃；

12、优选地，所述超声震荡搅拌的时间为2～3h。

13、作为优选地实施方式，还包括后处理；所述后处理包括过滤、洗涤和干燥；

14、优选地，所述洗涤用的溶剂选自丙酮、乙醇和水中的至少一种；

15、优选地，所述洗涤的次数为3～5次；

16、优选地，所述干燥的温度为60～100℃；

17、优选地，所述干燥的时间为30～60min。

18、又一方面，本发明提供上述表面改性方法得到的改性银粉。

19、又一方面，本发明提供一种导电银浆，包括环氧树脂8份、固化剂0.08～0.8份、增韧剂0.4～4.0份、上述改性银粉70～85份和溶剂6～18份。

20、作为优选地实施方式，所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑；

21、优选地，所述增韧剂为fortegra 100环氧增韧剂；

22、优选地，所述溶剂为环己酮。

23、又一方面，本发明提供上述表面改性方法、上述改性银粉和上述导电银浆在半导体封装中的用途，优选地，在制备电磁屏蔽材料中的用途。

24、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

25、本发明以双子表面活性剂对银粉进行改性，双子表面活性剂具有两个亲水头基和两条疏水尾链。其中，亲水的离子头基之间通过连结基团以化学键相连，从而使两个表面活性剂单体之间紧密结合，进而增强两条疏水链之间的相互作用，增强疏水结合力，使表面活性剂与银粉在界面处发生的吸附作用形成更加紧密厚实的界面膜，从而产生高分散稳定性。

26、相对于现有技术，本发明具有以下优点：

27、1.本发明制备的改性银粉易于储存、不易团聚、分散性好，且银粉表面的有机包覆物含量小于0.15％。

28、2.本发明制备的改性银粉流动性佳，其制备的导电银浆能够改善银粉与有机载体的润湿性和相容性，使银粉在浆料中分散均匀，从而改善浆料流变性以及固化烧结后的致密性，进一步降低接触电阻、提高系统级封装分腔屏蔽的屏蔽效能。

29、3.本发明的表面改性方法工艺简单、易操作、成本低。