本發(fā)明涉及電子材料技術領域，特別涉及一種互連材料及其制備方法。

背景技術：

大功率電力電子器件或半導體器件需在高溫下具有良好的轉換特性和工作能力，除了器件中各組件自身的性能外，組件的封裝同樣影響電力電子器件或半導體器件的性能和長期可靠性。電力電子器件或半導體器件為電子互連件/電子組裝產(chǎn)品，即包括依次接觸的基板-互連材料-芯片，芯片與基板之間通過互連材料連接封裝；電子互連件或電子組裝產(chǎn)品中，互連材料不僅實現(xiàn)芯片與基板的連接封裝，同時還提供機械支撐、散熱通道和電學互連。隨著功率半導體器件小型化、低功耗、高溫高壓的發(fā)展趨勢，對互連材料也提出了更苛刻的性能需求：(1)保證芯片與基板可靠的機械連接；(2)具有較高的電導率以實現(xiàn)芯片與基板之間的電信號傳輸；(3)具有較高的熱導率以使熱量能夠有效地從功率芯片傳導到封裝結構，提高功率芯片的散熱效果；(4)能夠匹配芯片與基板之間熱膨脹系數(shù)的差異，有效減小連接處應力；(5)極端工作環(huán)境下具有互連穩(wěn)定性和可靠性。

最初，電子封裝產(chǎn)品中廣泛應用的互連材料為snpb焊料，由于鉛具有毒性等缺點，歐盟提出電子材料無鉛化的倡議，電子封裝/組裝產(chǎn)品中的互連材料開始向無鉛化發(fā)展。其中，具有代表性的發(fā)展就是sn-ag-cu(sac)無鉛焊料取代原先被電子行業(yè)廣泛應用的snpb焊料，同時，錫膏、金錫合金或銀膠也成為大功率器件的主要互連材料。

但是，隨著電子產(chǎn)品應用領域和范圍的擴大，上述互連材料也開始出現(xiàn)應用的局限性。如采用sn-ag-cu無鉛焊料，電子產(chǎn)品使用過程中易出現(xiàn)錫須(tin-whisker)現(xiàn)象而導致短路，還會產(chǎn)生cu元素遷移和脆性金屬間化合物從而導致焊盤斷裂失效，且耐沖擊和耐震動性差，成本高；再如au-sn合金，雖具有良好的抗蠕變性和防腐蝕性能，但長期的高溫服役會加劇au和sn的相互擴散，形成較硬和較脆的金屬間化合物，從而導致互連可靠性退化；且其具有高熔點，在進行互連組裝時要求較高的互連溫度，而較高的互連溫度易導致熱應力集中而損害芯片甚至芯片失效；另外，對于銀膠等導電導熱膠，其固化溫度較低(＜150℃)，雖能降低互連溫度從而有效避免互連工藝中高溫對芯片的損害，但其基體樹脂不耐高溫，以導致工作溫度區(qū)間窄、導電導熱性能較低，且器件產(chǎn)生的熱疲勞效應容易使芯片開裂脫落。因此，上述互連材料已經(jīng)不能滿足大功率器件中芯片對導電、散熱及互連可靠性的要求，制約著功率型電子設備的快速發(fā)展。

如今，微納銅粉以其較高的導熱率和導電率、較低的熔點和成本、以及優(yōu)良的耐高溫性能等優(yōu)點成為新型互連材料的代表。現(xiàn)有技術中，一般采用市售微納銅粉應用到互連材料，其易氧化、易團聚，十分影響電子材料的互連使用。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種互連材料及其制備方法，本發(fā)明提供的互連材料抗氧化性好，分散性好。

本發(fā)明提供了一種互連材料，包括咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體和分散液；

所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體中，包覆在納米銅顆粒表面的咪唑類化合物選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述分散液選自乙醇、異丙醇、乙二醇、一縮二乙二醇、乙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體占互連材料的質(zhì)量比為50％～99％；

所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體中，納米銅顆粒的粒徑為10～50nm。

本發(fā)明還提供了上述技術方案所述的互連材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將微溶性銅源、保護劑、絡合劑、還原劑和溶劑混合，于50～150℃下反應，形成咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體；

所述微溶性銅源選自氫氧化銅、乙酰丙酮酸銅、堿式碳酸銅、油酸銅和草酸銅中的一種或幾種；

所述絡合劑選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種；

b)將所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體與分散液混合，超聲分散及真空脫泡處理，得到納米銅膏互連材料。

優(yōu)選的，所述步驟a)中，所述溶劑選自乙醇、乙二醇、一縮二乙二醇、二縮二乙二醇、一縮二丙二醇和丙三醇中的一種或幾種；

所述微溶性銅源在溶劑中的濃度為0.001～1mol/l。

優(yōu)選的，所述步驟a)中，所述保護劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和乙二胺四乙酸鈉中的一種或幾種；

所述還原劑選自l-抗壞血酸、檸檬酸、硼氫化鈉、硼氫化鉀、次磷酸鈉和水合肼中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述步驟a)中，保護劑與微溶性銅源的摩爾比為1：(1～15)；

絡合劑與微溶性銅源的摩爾比為1：(1～15)；

還原劑與微溶性銅源的摩爾比為1：(1～10)。

優(yōu)選的，所述步驟a)包括：

a1)將微溶性銅源、保護劑、絡合劑、還原劑和溶劑混合，于50～150℃下反應，得到反應液；

所述反應的時間為10min～3h；

a2)將所述反應液離心洗滌和干燥，形成咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。

優(yōu)選的，所述步驟b)中，超聲分散的功率為400～600w，時間為10～30min。

優(yōu)選的，所述步驟b)中，真空脫泡處理的攪拌速度為1000～5000r/min，時間為1～10min，真空度為-80～-120kpa。

本發(fā)明提供了一種互連材料，包括咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體和分散液；所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體中，包覆在納米銅顆粒表面的咪唑類化合物選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。本發(fā)明提供的互連材料抗氧化性好，分散性好，能夠較好的應用于高端電子器件的制造和半導體封裝領域；另外，采用該互連材料還能夠降低互連電子元件的封裝燒結溫度，實現(xiàn)低溫互連。本發(fā)明還提供了上述互連材料的制備方法，按照本發(fā)明的制備方法制得的互連材料為納米銅膏互連材料，其抗氧化性好，且互連材料膏體中咪唑包覆銅顆粒粉體分散均勻，其中的銅顆粒為納米尺度的單分散性良好的顆粒。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種互連材料，包括咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體和分散液；

所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體中，包覆在納米銅顆粒表面的咪唑類化合物選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。

本發(fā)明提供的互連材料抗氧化性好，分散性好，能夠較好的應用于高端電子器件的制造和半導體封裝領域；另外，采用該互連材料還能夠降低互連電子元件的封裝燒結溫度，實現(xiàn)低溫互連。

本發(fā)明提供的互連材料中包括咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒中，核心部分是納米銅顆粒，納米銅顆粒表面包覆了咪唑類化合物有機層。本發(fā)明中，所述納米銅顆粒的粒徑優(yōu)選為100nm以下，更優(yōu)選為10～50nm。本發(fā)明中，包覆在納米銅顆粒表面的咪唑類化合物選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。采用所述咪唑類化合物，能夠與納米銅顆粒結合，達到良好的分散性和抗氧化性；另外，在燒結制備互連器件時，能夠在適宜的低溫下燒結除去，達到優(yōu)異的抗氧化效果，提高燒結后的電熱互連性能。

本發(fā)明提供的互連材料中還包括分散液，上述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體與所述分散液混合，形成納米銅膏互連材料。本發(fā)明中，所述分散液優(yōu)選為揮發(fā)溫度或分解溫度低于200℃的化合物，更優(yōu)選為揮發(fā)溫度或分解溫度低于150℃的化合物，進一步優(yōu)選為乙醇、異丙醇、乙二醇、一縮二乙二醇、乙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一種或幾種。本發(fā)明對所述分散液的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。

本發(fā)明提供的互連材料中，使咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體占整體膏體互連材料的質(zhì)量比優(yōu)選為50％～99％，更優(yōu)選為60％～99％。

本發(fā)明還提供了一種互連材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將微溶性銅源、保護劑、絡合劑、還原劑和溶劑混合，于50～150℃下反應，形成咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體；

所述微溶性銅源選自氫氧化銅、乙酰丙酮酸銅、堿式碳酸銅、油酸銅和草酸銅中的一種或幾種；

所述絡合劑選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種；

b)將所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體與分散液混合，超聲分散及真空脫泡處理，得到納米銅膏互連材料。

按照本發(fā)明，先將微溶性銅源、保護劑、絡合劑、還原劑和溶劑混合，于50～150℃下反應，形成咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。

本發(fā)明中，所述微溶性銅源優(yōu)選選自氫氧化銅、乙酰丙酮酸銅、堿式碳酸銅、油酸銅和草酸銅中的一種或幾種。本發(fā)明對所述微溶性銅源的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。

本發(fā)明中，所述保護劑優(yōu)選為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和乙二胺四乙酸鈉中的一種或幾種。本發(fā)明對所述保護劑的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本發(fā)明中，所述保護劑與上述微溶性銅源的摩爾比優(yōu)選為1：(1～15)。

本發(fā)明中，所述絡合劑優(yōu)選選自苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。本發(fā)明對所述絡合劑的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本發(fā)明中，所述絡合劑與上述微溶性銅源的摩爾比優(yōu)選為1：(1～15)。

本發(fā)明中，所述還原劑優(yōu)選選自l-抗壞血酸、檸檬酸、硼氫化鈉、硼氫化鉀、次磷酸鈉和水合肼中的一種或幾種。本發(fā)明對所述還原劑的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本發(fā)明中，所述還原劑與上述微溶性銅源的摩爾比優(yōu)選為1：(1～10)。

本發(fā)明中，所述溶劑優(yōu)選為乙醇、乙二醇、一縮二乙二醇、二縮二乙二醇、一縮二丙二醇和丙三醇中的一種或幾種。本發(fā)明對所述溶劑的來源沒有特殊限制，為一般市售品即可。本發(fā)明中，所述溶劑用量優(yōu)選為使微溶性銅源在溶劑中的濃度為0.001～1mol/l。

本發(fā)明中，將微溶性銅源、保護劑、絡合劑、還原劑與溶劑混合的方式?jīng)]有特殊限制，能夠?qū)⒏鹘M分混合均勻即可，如可以利用攪拌的方式進行混合。本發(fā)明中，將混合均勻的原料液在50～150℃下反應，進而形成咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。本發(fā)明中，所述反應的時間優(yōu)選為10min～3h。

本發(fā)明中，所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒中，核心部分是納米銅顆粒，納米銅顆粒表面包覆了咪唑類化合物有機層；其中，所述納米銅顆粒的粒徑優(yōu)選為100nm以下，更優(yōu)選為10～50nm。包覆在納米銅顆粒表面的咪唑類化合物為苯并三氮唑、烷基咪唑、苯并咪唑、烷基苯并咪唑和烷基苯基咪唑中的一種或幾種。

本發(fā)明中，具體的，將混合均勻的原料液在50～150℃下反應后，優(yōu)先形成反應液，將反應液進行離心洗滌和干燥后，得到咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。

本發(fā)明中，在進行離心洗滌前，優(yōu)選先將反應液冷卻至室溫。將冷卻至室溫的反應液進行離心洗滌時，優(yōu)選在5000～10000r/min的離心條件下進行離心洗滌；所述離心洗滌所用的洗滌劑優(yōu)選為去離子水、無水乙醇和丙酮中的一種或幾種。所述離心洗滌的次數(shù)沒有特殊限制，能夠?qū)⒎磻褐械倪溥蝾惢衔锇布{米銅顆粒粉體洗滌干凈即可，優(yōu)選離心洗滌5次以上。

在離心洗滌后，將所得沉淀物進行干燥；所述干燥優(yōu)選為真空干燥，如可以在-101kpa的真空度下室溫干燥6h；在所述干燥后，得到咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體。

按照本發(fā)明，在得到咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體后，將所述咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體與分散液混合，超聲分散及真空脫泡處理，得到納米銅膏互連材料。

本發(fā)明中，在得到咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體后，優(yōu)選先對其研磨；所述研磨的條件沒有特殊限制，能夠?qū)⒎垠w研磨分散即可。

在進行研磨后，將咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體與分散液混合。本發(fā)明中，所述分散液優(yōu)選為揮發(fā)溫度或分解溫度低于200℃的化合物，更優(yōu)選為揮發(fā)溫度或分解溫度低于150℃的化合物，進一步優(yōu)選為乙醇、異丙醇、乙二醇、一縮二乙二醇、乙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一種或幾種。

本發(fā)明中，在進行超聲分散時，優(yōu)選在400～600w的功率下進行；所述超聲分散的時間優(yōu)選為10～30min。

本發(fā)明中，在進行真空脫泡處理時，可以在真空脫泡攪拌機中進行；所述真空脫泡的攪拌速度優(yōu)選為1000～5000r/min；所述真空脫泡處理的時間優(yōu)選為1～10min；所述真空脫泡處理優(yōu)選在-80～-120kpa的真空度下進行。

本發(fā)明中，在所述超聲分散和真空脫泡處理后，得到納米銅膏互連材料。其中，咪唑類化合物包覆納米銅顆粒粉體占整體膏體互連材料的質(zhì)量比優(yōu)選為50％～99％，更優(yōu)選為60％～99％。

現(xiàn)有技術中的市售微納銅粉在應用時抗氧化性差、且易團聚成大尺寸顆粒；而按照本發(fā)明的制備方法制得的互連材料為納米銅膏互連材料，包含咪唑包覆銅顆粒粉體，所得膏體材料抗氧化性好，且互連材料膏體中咪唑包覆銅顆粒粉體分散均勻，不會團聚成大尺寸顆粒，而是為單分散性良好的納米尺度顆粒，使所得納米銅膏互連材料分散性好，能夠較好的應用于高端電子器件的制造和半導體封裝領域。

為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。

實施例1

在乙醇溶劑中加入微溶性銅源氫氧化銅、保護劑聚乙烯醇、絡合劑烷基咪唑、還原劑檸檬酸，其中，銅源在溶劑中的濃度為0.005mol/l，保護劑與銅源的摩爾比為1∶3，絡合劑與銅源的摩爾比為1∶2，還原劑與銅源的摩爾比為1∶6；將上述原料液攪拌均勻后緩慢加熱到120℃，同時保持勻速攪拌30min后，形成反應液；冷卻至室溫，在6000r/min下用去離子水離心洗滌5次，取沉淀物真空干燥，得到烷基咪唑原位包覆的納米銅顆粒粉體，其中，納米銅顆粒的粒徑為20nm。將所得烷基咪唑包覆的納米銅顆粒粉體研磨分散后，加入乙二醇和乙二醇甲醚，在500w下超聲分散20min，之后在-101kpa的真空度下進行真空脫泡處理，在3000r/min攪拌速度下真空脫泡處理5min，得到納米銅膏互連材料，其中，烷基咪唑原位包覆的納米銅顆粒粉體占整體互連材料的質(zhì)量比為75％。

所得納米銅膏互連材料中，烷基咪唑包覆的納米銅顆粒粉體中的銅顆粒粒徑約為20nm，膏體分散性良好。所得納米銅膏互連材料在60天內(nèi)不被氧化，具有良好的抗氧化性。

實施例2

在乙二醇溶劑中加入微溶性銅源堿式碳酸銅、保護劑十二烷基硫酸鈉、絡合劑烷基苯并咪唑、還原劑l-抗壞血酸，其中，銅源在溶劑中的濃度為0.016mol/l，保護劑與銅源的摩爾比為1∶5，絡合劑與銅源的摩爾比為1∶2.5，還原劑與銅源的摩爾比為1∶2；將上述原料液攪拌均勻后緩慢加熱到80℃，同時保持勻速攪拌120min后，形成反應液；冷卻至室溫，在8000r/min下用無水乙醇離心洗滌5次，取沉淀物真空干燥，得到烷基苯并咪唑原位包覆的納米銅顆粒粉體，其中，納米銅顆粒的粒徑為35nm。將所得烷基苯并咪唑包覆的納米銅顆粒粉體研磨分散后，加入乙二醇和乙二醇甲醚，在500w下超聲分散20min，之后在-101kpa的真空度下進行真空脫泡處理，在3000r/min攪拌速度下真空脫泡處理5min，得到納米銅膏互連材料，其中，烷基苯并咪唑原位包覆的納米銅顆粒粉體占整體互連材料的質(zhì)量比為69％。

所得納米銅膏互連材料中，烷基苯并咪唑包覆的納米銅顆粒粉體中的銅顆粒粒徑約為35nm，膏體分散性良好。所得納米銅膏互連材料在60天內(nèi)不被氧化，具有良好的抗氧化性。

實施例3

在丙三醇溶劑中加入微溶性銅源乙酰丙酮酸銅、保護劑乙二胺四乙酸鈉、絡合劑苯并三氮唑、還原劑次磷酸鈉，其中，銅源在溶劑中的濃度為0.2mol/l，保護劑與銅源的摩爾比為1∶10，絡合劑與銅源的摩爾比為1∶6，還原劑與銅源的摩爾比為1∶5；將上述原料液攪拌均勻后緩慢加熱到150℃，同時保持勻速攪拌150min后，形成反應液；冷卻至室溫，在7000r/min下用丙酮離心洗滌5次，取沉淀物真空干燥，得到苯并三氮唑原位包覆的納米銅顆粒粉體，其中，納米銅顆粒的粒徑為50nm。將所得苯并三氮唑包覆的納米銅顆粒粉體研磨分散后，加入乙二醇和乙二醇甲醚，在500w下超聲分散20min，之后在-101kpa的真空度下進行真空脫泡處理，在3000r/min攪拌速度下真空脫泡處理5min，得到納米銅膏互連材料，其中，苯并三氮唑原位包覆的納米銅顆粒粉體占整體互連材料的質(zhì)量比為75％。

所得納米銅膏互連材料中，苯并三氮唑包覆的納米銅顆粒粉體中的銅顆粒粒徑約為50nm，膏體分散性良好。所得納米銅膏互連材料在60天內(nèi)不被氧化，具有良好的抗氧化性。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。