一種用于低溫焊接的免清洗納米漿料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于微電子封裝領(lǐng)域，更具體地，涉及一種納米漿料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著IC-3D集成芯片電子封裝技術(shù)在過(guò)去三十年的高速發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)瓶頸已然慢慢浮現(xiàn)，摩爾定律已經(jīng)不再能代表當(dāng)今IC電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其中IC-3D集成芯片電子封裝技術(shù)中的微互連材料主流使用的是以錫為主的無(wú)鉛焊料。
[0003]當(dāng)微互連界面尺寸越來(lái)越小，以錫為主的無(wú)鉛焊料便體現(xiàn)出了諸多弊端，比如:電流承載能力不高；錫元素易產(chǎn)生晶須，進(jìn)一步降低電流承載能力；長(zhǎng)時(shí)間服役易產(chǎn)生KirkendalI孔洞，阻礙電子傳輸?shù)取５a焊料也存在諸多優(yōu)點(diǎn)，比如:鍵合溫度低，鍵合時(shí)不易破壞芯片性能及結(jié)構(gòu);鍵合強(qiáng)度高等。所以，各國(guó)學(xué)者及科學(xué)家都渴望能研發(fā)出服役性能更強(qiáng)、電流承載能力更高但鍵合溫度低且鍵合強(qiáng)度高的新型焊料。
[0004]近年來(lái)，納米金屬焊料成為了科學(xué)家們廣泛研究的熱點(diǎn)。由于納米材料的尺度效應(yīng)，金屬在尺度變小時(shí)(納米級(jí))，熔點(diǎn)會(huì)有所降低，人們迫切希望電流承載能力更好、服役穩(wěn)定性更強(qiáng)的其他金屬納米材料可以廣泛應(yīng)用于微互連中。
[0005]但在焊料制備及研究過(guò)程中，直接利用商用的無(wú)鉛焊料助焊劑會(huì)有諸多缺點(diǎn)及不便之處。商用無(wú)鉛焊料助焊劑主要分為兩類:第一類呈現(xiàn)無(wú)色或者淡黃色膏狀，主要成分為松香，并含有一些增稠劑及粘結(jié)劑等添加劑。此類助焊劑雖然具有極好的粘附性能，但由于其粘稠度太高，若在納米漿料中所占比例不高則很難將納米金屬粉末混合均勻，并且在焊接后會(huì)產(chǎn)生大量雜質(zhì)，難以清洗，有礙于理論研究過(guò)程中后續(xù)力學(xué)、電學(xué)性能等各項(xiàng)測(cè)試；第二類為水性免清洗型助焊劑，此類助焊劑揮發(fā)溫度較低，也不會(huì)在焊接后產(chǎn)生大量雜質(zhì)，但其粘稠度較低，粘附性能也較差，難以使金屬納米顆粒均勻涂覆在基底表面并且緊密結(jié)合，嚴(yán)重影響研究時(shí)實(shí)驗(yàn)重復(fù)性以及可靠性。
[0006]另外，有許多研究人員將一種或者幾種粘稠度較高的有機(jī)溶劑混合，直接作為納米金屬材料的混合漿料使用，如松油醇、乙二醇、正癸烷、異丙醇等。此類有機(jī)溶劑雖然可以均勻混合納米金屬材料、在較低溫焊接時(shí)完全揮發(fā)且免清洗，但其粘附性能與水性助焊劑一樣較差，難以擁有良好的涂覆性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于低溫焊接的免清洗納米漿料制備方法，該方法能均勻混合納米金屬材料，并使納米材料均勻且牢固地涂覆在需焊接基底表面，焊接后有機(jī)溶劑完全揮發(fā)且免清洗，非常適宜用于進(jìn)行低溫焊接的納米焊料。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種用于低溫焊接的免清洗納米漿料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]I)將有機(jī)增稠劑加入N-甲基-2-吡咯烷酮中經(jīng)磁力攪拌形成溶液A，其中，攪拌溫度為50 °C?70 °C，攪拌時(shí)間為I小時(shí)以上，所述有機(jī)增稠劑的質(zhì)量濃度為I Og/L?20g/L;
[0010]2)將有機(jī)粘結(jié)劑加入所述溶液A中經(jīng)磁力攪拌形成溶液B，其中，攪拌溫度為50°C?70 °C，攪拌時(shí)間為I小時(shí)以上，所述有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量濃度為I Og/L?20g/L;
[0011]3)取mlg的納米金屬粉末和m2g的溶液B，在真空脫泡攪拌機(jī)中用2000轉(zhuǎn)/分?3000轉(zhuǎn)/分的速度真空攪拌300s?800秒，則得到納米漿料，其中，1:1 < nu:m2 < 4:1。
[0012]優(yōu)選地，所述有機(jī)增稠劑為乙基纖維素或甲基纖維素。
[0013]優(yōu)選地，所述有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙酸乙烯酯或聚偏氟乙烯。
[0014]優(yōu)選地，所述納米金屬粉末為銅粉、錫粉、鋁粉、鎳粉、金粉或銀粉中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選地，所述納米金屬粉末的平均粒徑為30nm?800nm。
[0016]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0017]I)本方法制備的納米漿料，封口狀態(tài)下不易揮發(fā)，存儲(chǔ)穩(wěn)定性好。在基底上制備焊接層時(shí)，涂覆性、潤(rùn)濕性良好，焊接后免清洗，無(wú)需后處理，適宜低溫焊接、互連、鍵合場(chǎng)合；本方法制得的納米料通過(guò)涂覆棒均勻涂覆在平整銅片上后，再將另一平整銅片蓋上，即可立即進(jìn)行熱壓焊接。
[0018]2)本發(fā)明采用NMP作為漿料中的有機(jī)溶劑，此溶劑在常溫下有非常好的穩(wěn)定性，不易大量揮發(fā)，易于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，此溶劑沸點(diǎn)為204°C，可滿足低溫焊接、互連研究中200°C?300°C時(shí)有機(jī)溶劑完全揮發(fā)的需求，此溶劑粘稠度較高，極大程度上減少了增稠劑的添加量；
[0019]3)本發(fā)明采用乙基纖維素(EC)或甲基纖維素(MC)作為增稠劑，此類增稠劑為食品行業(yè)常用添加劑，基本無(wú)毒害，且極少量使用便能達(dá)到較好增稠目的；
[0020]4)本發(fā)明采用聚乙酸乙烯酯(PVAC)或聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘結(jié)劑，此類粘結(jié)劑基本無(wú)毒害，能較好增加納米金屬顆粒之間的粘結(jié)性能并且能在涂覆時(shí)與基底之間緊密粘附；
[0021]5)本發(fā)明采用納米銅粉、錫粉、鎳粉、鋁粉、金粉或銀粉作為固體填充材料，此類金屬為現(xiàn)代納米焊料研究中的常用材料，可良好反映焊接材料在此漿料中的性能表現(xiàn)；
[0022]6)本發(fā)明采用真空脫泡攪拌機(jī)作為混料機(jī)械，此類機(jī)械無(wú)攪拌棒，可抽真空，能均勻混合極少量納米金屬材料，能將漿料中的氣泡排除，能有效抑制混料過(guò)程中的材料氧化。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出了一種用于低溫焊接的免清洗納米漿料制備方法，形成的納米漿料中包含金屬納米材料