本发明涉及功率器件材料相关，尤其是涉及一种低温烧结银浆及其制备方法与应用。
背景技术：
1、半导体器件的发展趋势是结构与功能越来越复杂，同时器件尺寸越来越小，导致封装器件的功率密度越来越大。这种趋势将现在的功率封装与热管理技术推向极限。尤其是对于高功率型半导体器件，如超高速电脑芯片和大功率led，散热成为影响电子封装系统性能的关键问题，因为热量的累积会严重降低器件的可靠性和服役性能。
2、目前，软钎料是电子工业中使用最为普遍的多级封装互连材料。但是相对较低的导热性能使其不能满足高功率密度封装系统对散热的要求。另一方面，软钎料只能在低于其熔点的温度下工作，因此其工作温度区间较窄。
3、纳米银浆是一种很有前景的电子封装互连材料，它可以克服软钎料的上述不足。金属银具有很高的热导率（410w/m·k）可以满足高功率密度系统的散热要求。同时，由于纳米的尺寸效应，纳米银颗粒的熔点和烧结温度要远低于块体银的熔点及烧结温度。表面熔化的纳米颗粒通过液相毛细力的作用很容易烧结在一起，最终形成熔点接近于块体银熔点的烧结体。因此，根据这一原理，纳米银浆烧结接头可以在较低的加工温度下获得，并且在较高的温度下工作，在封装互连过程中可以避免重熔现象的发生，这种特性非常适合于多级封装，同时也扩大了纳米银浆烧结接头的应用范围。
4、目前纳米烧结银浆，包括有压型烧结银浆、无压型烧结银浆，有压烧结需要实施压力辅助烧结，压力辅助烧结可能会破坏芯片并且不利于自动化的实现，因此无压烧结是现在的主流生产工艺，但无压烧结的气氛通常为空气，容易导致dbc板（覆铜陶瓷板）在烧结过程中出现氧化，阻碍了纳米银颗粒向铜片进行扩散，导致接头剪切强度下降，影响其可靠性。而烧结温度高低也决定了器件的合格率，因此急需一款能够低温烧结、抗氧化、高剪切强度的银浆。
技术实现思路
1、本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种低温烧结、抗氧化及高剪切强度的银浆。
2、为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低温烧结银浆，包括以下组分：
3、有机载体和导电填料；其中有机载体包括4-10重量份环氧树脂、3-7重量份酸酐类固化剂、0.05-0.1重量份促进剂、2-6重量份活性稀释剂、0.01-0.5重量份消泡剂及0.1-0.5重量份抗氧化剂；85-95重量份导电填料，其中导电填料由纳米银粉和微量纳米铜粉组成，优选的，抗氧化剂为巴比妥酸。
4、根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
5、即本发明所述低温烧结银浆采用环氧树脂为主体树脂，采用酸酐为固化剂，两者不仅能够长期稳定共存，还能协同赋予所述银浆良好的低温储存性，使得本发明的所述低温烧结银浆至少能够在-40℃下储存365天。此外，在烧结过程中酸酐能够溶解导电填料颗粒表面的改性剂，加速银离子之间的相互扩散，降低烧结温度。抗氧化剂巴比妥酸能够夺取导电填料颗粒表面及连接面的自由基，防止导电填料及连接面快速氧化，降低银浆的电性能和热性能。其次采用的酸酐为液态，能够进一步增加导电填料占比。基于此，所述环氧树脂、所述酸酐固化剂与所述的抗氧化剂的组合，使得所述低温烧结银浆在高电导率及热导率的同时兼具良好剪切强度。
6、本发明所述低温烧结银浆中添加导电填料，所述导电填料优选为纳米银粉和纳米铜粉。所述导电填料一方面为所述低温烧结银浆提供导电性，另一方面所述导电填料选择湿法制备的浆料，即纳米银粉和纳米铜粉在制备过程中引入小量稀释剂，制备成湿粉，使得所述低温烧结银浆不需要采用三辊研磨机进行分散，也不会在储存和使用过程中产生团聚，影响其施工性能。
7、根据本发明的实施方式，还包括以下组分：
8、促进剂、活性稀释剂、消泡剂。
9、本发明所述低温烧结银浆中添加有所述消泡剂，所述消泡剂剂能够减低银浆在印刷过程中由于空气进入从而产生的气孔，从而增加烧结后的热导率。
10、根据本发明的一种实施方式，所述低温烧结银浆，包括以下重量份的组分：
11、4-10重量份环氧树脂、3-7重量份酸酐类固化剂、0.05-0.1重量份促进剂、2-6重量份活性稀释剂、0.01-0.5重量份消泡剂及0.1-0.5重量份抗氧化剂；85-95重量份导电填料。
12、根据本发明的一种实施方式，所述环氧树脂包括双酚a、双酚f、双酚s和脂环族环氧树脂中的至少一种。所述环氧树脂选用电性能优异、粘接性高的树脂。优选的选用epikote 862（美国瀚森）、j-8672h（深圳佳迪达）、der331（陶氏）、2021p（日本大赛璐）、epalloy 5000（深圳佳迪达）。
13、根据本发明的一种实施方式，所述酸酐固化剂包括甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、甲基纳迪克酸酐的一种或两种。
14、根据本发明的一种实施方式，所述促进剂为四丁基溴化铵。所述催化剂提高体系反应活性。
15、根据本发明的一种实施方式，所述活性稀释剂包括叔丁基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的至少一种。所述的活性稀释剂能够降低体系粘度，调节银浆的流变性能。
16、根据本发明的一种实施方式，所述消泡剂包括df103（陶氏）、tego 931（迪高）中的至少一种。
17、根据本发明的一种实施方式，所述抗氧化剂为巴比妥酸。所述抗氧化剂能够提高捕获空气中的自由基，减缓dbc板连接点的氧化，促进银离子和铜离子向dbc表面扩散，提高剪切强度，有利于所述低温烧结银浆的可靠性。
18、根据本发明的一种实施方式，所述导电填料为纳米银粉和纳米铜粉，其中，所述纳米银粉重量份比为98-99.5%。纳米银粉形貌为多边形片状。所述导电填料选择湿法制备的浆料，即纳米银粉和纳米铜粉在制备过程中引入小量稀释剂，制备成湿粉，使得所述低温烧结银浆不需要采用三辊研磨机进行分散，也不会在储存和使用过程中产生团聚，影响其施工性能。
19、根据本发明的一种实施方式，其中，所述纳米银粉平均粒径为80-250nm；所述的铜粉粒径为200-500nm。合适的银粉粒径，能够降低接触电阻，提升热导率。合适的银粉配比能够降低接触电阻的同时，提供优异的流变性能。
20、本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种低温烧结银浆的制备方法。
21、为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
22、一种制备所述低温烧结银浆的方法，包括以下步骤：
23、混合所述环氧树脂、所述固化剂、所述促进剂、所述稀释剂、所述消泡剂、所述抗氧化剂和所述导电填料，得到所述低温烧结银浆。
24、根据本发明的一种实施方式，制备所述低温烧结银浆的方法，包括以下步骤：先混合所述环氧树脂、酸酐类固化剂、活性稀释剂，分散均匀，得到母液a；再添加导电填料，在真空下搅拌均匀，得到中间物b；最后在所述中间物b中添加促进剂、消泡剂及抗氧化剂，在真空下搅拌均匀，得到所述低温烧结银浆。
25、根据本发明的一种实施方式，在制备低温烧结银浆的过程中，温度需要保持在30℃以下，以防止在制样过程中热量聚集，导致产品稳定性受到影响。
26、本发明的另一个方面，还涉及所述的一种低温烧结银浆在功率器件中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的低温烧结银浆。由于该应用采用了上述实施例的低温烧结银浆的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
27、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。