本發(fā)明屬于無壓燒結(jié)導電漿料,具體涉及一種高密度印刷電路板互連銅漿、制備方法及其應用。
背景技術(shù):
1、多層印制電路板(pcb)實現(xiàn)層與層之間電路導通,通常采用通孔沉銅,電鍍銅方式在通孔孔壁電鍍一層金屬層,以實現(xiàn)通孔孔壁金屬化形成導電線路。由于此工藝產(chǎn)生化學廢液,且效率低下,為此業(yè)界提出可用瞬時液相擴散連接(transient?liquid?phase,簡稱tlp)和低溫納米燒結(jié)互連技術(shù),采用絲網(wǎng)印刷方式塞孔,壓力燒結(jié)后形成金屬柱從而達到上下層導電互連。其中,tlp技術(shù)形成金屬間化合物脆性大,導熱率低(不大于70w/m.k),含有的低熔點合金容易形成二次熔融造成蠕變,可靠性差。而pcb上下層互連一般是銅與銅互連,基材表面難免有氧化層,低溫納米燒結(jié)由于是依靠金屬原子間擴散,氧化層的存在嚴重影響結(jié)合力,應對高密度多孔互連方向,由于孔數(shù)量多,密度大,單孔壓力和界面氧化程度難以保證一致,造成生產(chǎn)良率得不到保障。
2、因此,開發(fā)一種對銅界面氧化層有還原性,壓力均勻性要求低,高可靠性,導電導熱性能優(yōu)異的用于高密度多孔pcb層間互連的無壓燒結(jié)漿料顯得尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供一種高密度印刷電路板互連銅漿,創(chuàng)造一種無壓力或者壓力不均的條件下,接點強度都極佳的結(jié)合技術(shù),解決tlp互連技術(shù)可靠性差和納米壓力燒結(jié)互連技術(shù)在高密度多孔pcb互連良率低的問題。
2、本發(fā)明的另一目的在于提供這種互連銅漿的制備方法。
3、本發(fā)明的再一目的在于提供這種互連銅漿的應用及封裝工藝。
4、為實現(xiàn)以上發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
5、一種高密度印刷電路板互連銅漿,包含以下重量份的組分:微米銅粉30-90份,納米銅粉10-80份,有機溶劑4-10份,增稠劑0.01-2份,緩蝕劑0.5-3份,其中,所述納米銅粉為經(jīng)有機包覆劑包覆其表面的納米銅粉。
6、在一個優(yōu)選的實施方案中,包含以下重量份的組分:微米銅粉50-80份,納米銅粉20-60份,有機溶劑6-8份,增稠劑0.5-1份,緩蝕劑1-2份。
7、在一個具體的實施方案中,所述有機包覆劑包覆的納米銅粉中的有機包覆劑選自甲基咪唑、苯并三氮唑、氯化1,2-二(n-苯基-n-氨乙基咪唑啉)乙烷、脯氨酸、蘋果酸、檸檬酸、硬脂酸、油胺、硬脂酸胺、棕櫚酸中的至少一種;
8、優(yōu)選地,所述納米銅粉的平均粒徑10-300nm,優(yōu)選為50-150nm。
9、在一個具體的實施方案中,所述的緩蝕劑選自硼氫化納、氰基硼氫化鈉、三乙酰氧基硼氫化鈉、2-甲基吡啶硼烷、癸二酸、己二酸、衣康酸中的一種或幾種。
10、在一個具體的實施方案中,所述微米銅粉的振實密度大于5g/cm3,平均粒徑為1μm-10μm,優(yōu)選為3-5μm;
11、優(yōu)選地,所述微米銅粉經(jīng)稀鹽酸微蝕去除氧化層,再用酒精清洗。
12、在一個具體的實施方案中,所述有機溶劑為混合醚類溶劑,優(yōu)選自松油醇、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚,丙二醇乙醚,芐基縮水甘油醚、三乙醇胺中的任一種或多種。
13、在一個具體的實施方案中,所述增稠劑選自聚乙烯醇、線性丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、乙基纖維素的任意一種或幾種。
14、另一方面,前述的高密度印刷電路板互連銅漿的制備方法,包括以下步驟:
15、s1、將納米銅粉放入有機包覆劑水溶液中充分攪拌,分離后清洗、烘干;
16、s2、將有機溶劑、緩蝕劑、增稠劑混合均勻,攪拌至完全溶解,制成混合物a;
17、s3、將步驟s2的混合物a按比例與步驟s1包覆的納米銅粉以及微米銅粉放入行星攪拌機攪拌均勻,并經(jīng)過三輥研磨機分散,制得互連銅漿。
18、再一方面,前述的高密度印刷電路板互連銅漿或前述的制備方法制得的無壓燒結(jié)互聯(lián)銅漿在高功率高密度pcb內(nèi)層互連封裝中的應用。
19、在一個具體的實施方案中,封裝工藝包括以下步驟:
20、1)在開設有盲孔的pcb板覆pet膜,并在盲孔位置通過激光打孔;
21、2)將前述的高密度印刷電路板互連銅漿倒在已經(jīng)覆膜的pcb板上,通過刮印方式填塞進入盲孔;
22、3)將已塞入互連漿料的pcb板放入烤箱低溫表干;
23、4)將覆在pcb板上的pet膜小心撕掉,避免將漿料帶出盲孔;
24、5)將另一塊做好線路的pcb板對準已塞入互連漿料的pcb板盲孔位置,貼合后進行高溫高壓壓合;
25、優(yōu)選地,步驟1)中pet膜厚度在100-200μm;
26、優(yōu)選地,步驟3)中低溫表干溫度為60-90℃,表干時間至少10分鐘。
27、優(yōu)選地,步驟5)中壓合溫度為160-220℃,壓力為2-5mpa。
28、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
29、當金屬顆粒尺寸減少至納米級別,由于表面原子占比提升,比表面能隨著顆粒尺寸減少而增加,其熔點和燒結(jié)溫度會大幅降低。本發(fā)明的高密度印刷電路板無壓燒結(jié)互連銅漿,應用了特殊處理的納米尺度的金屬粉體,在常壓180度以上高溫下,高活性的納米金屬粉發(fā)生預熔化現(xiàn)象,同時,配方中引入緩蝕劑,在烘烤過程中有效去除氧化層,實現(xiàn)與銅焊盤實現(xiàn)良好的粘接,同時,低溫互連漿料因有機組分在燒結(jié)過程中分解或者揮發(fā),超低的有機物含量和較高的致密性,保留了塊狀金屬良好的導電導熱性。
30、與壓力燒結(jié)型互連漿料相比,本發(fā)明的無壓燒結(jié)漿料對壓力均勻性要求不高,只需接觸即可達到粘接互連效果,因此能實現(xiàn)較高的壓合良率。
1.一種高密度印刷電路板互連銅漿,其特征在于,包含以下重量份的組分:微米銅粉30-90份,納米銅粉10-80份,有機溶劑4-10份,增稠劑0.01-2份,緩蝕劑0.5-3份,其中,所述納米銅粉為經(jīng)有機包覆劑包覆其表面的納米銅粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連銅漿,其特征在于,包含以下重量份的組分:微米銅粉50-80份,納米銅粉20-60份,有機溶劑6-8份,增稠劑0.5-1份,緩蝕劑1-2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的互連銅漿,其特征在于,所述有機包覆劑包覆的納米銅粉中的有機包覆劑選自甲基咪唑、苯并三氮唑、氯化1,2-二(n-苯基-n-氨乙基咪唑啉)乙烷、脯氨酸、蘋果酸、檸檬酸、硬脂酸、油胺、硬脂酸胺、棕櫚酸中的至少一種;
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的互連銅漿,其特征在于,所述的緩蝕劑選自硼氫化納、氰基硼氫化鈉、三乙酰氧基硼氫化鈉、2-甲基吡啶硼烷、癸二酸、己二酸、衣康酸中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連銅漿,其特征在于,所述微米銅粉的振實密度大于5g/cm3,平均粒徑為1μm-10μm,優(yōu)選為3-5μm;
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連銅漿,其特征在于,所述有機溶劑為混合醚類溶劑,優(yōu)選自松油醇、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚,丙二醇乙醚,芐基縮水甘油醚、三乙醇胺中的任一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連銅漿,其特征在于,所述增稠劑選自聚乙烯醇、線性丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、乙基纖維素的任意一種或幾種。
8.權(quán)利要求1~7任一項所述的高密度印刷電路板互連銅漿的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
9.權(quán)利要求1~7任一項所述的高密度印刷電路板互連銅漿或權(quán)利要求8所述的制備方法制得的互連銅漿在高密度印刷電路板互連封裝中的應用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述所述的應用,其特征在于,互連封裝工藝包括以下步驟: