本發(fā)明涉及一種表面進(jìn)行抗氧化保護(hù)的銅顆粒的形成方法、低溫?zé)Y(jié)銅膏及使用其的燒結(jié)工藝。一種表面經(jīng)抗氧化保護(hù)的銅顆粒的形成方法用以降低銅顆粒的表面氧化，其中，利用有機可焊接保護(hù)劑對銅顆粒的表面進(jìn)行修飾，以對銅顆粒表面進(jìn)行抗氧化性保護(hù)，該有機可焊性保護(hù)劑利用間硝基苯磺酸鈉而附著于銅顆粒的表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種特別是用于半導(dǎo)體封裝材料領(lǐng)域的、表面進(jìn)行抗氧化保護(hù)的銅顆粒的形成方法、低溫?zé)Y(jié)銅膏及使用其的燒結(jié)工藝。

背景技術(shù)

新一代的用于電車、航空、和其他工業(yè)的功率模組需要高功率和高服役溫度。在過去 10年證明了寬禁帶半導(dǎo)體可以耐300℃以上的高運行溫度。然而，傳統(tǒng)封裝材料，比如錫基的焊料和導(dǎo)電膠，限制在200℃以下工作。研究人員一直在尋找各種辦法獲得高溫和高功率情況下的高可靠性。在過去的探索中，人們發(fā)現(xiàn)銀或者銅的燒結(jié)是有前景的方法。出于成本的考慮，燒結(jié)銅是代替銀燒結(jié)的一個近幾年一直在嘗試的技術(shù)。但是燒結(jié)銅的相對高的燒結(jié)溫度還在困擾著半導(dǎo)體封裝業(yè)界。與銀相比，銅雖然具有較高表面能，但其較易氧化，從而表面生成難溶且較低表面能的氧化物。

目前，銅表面的氧化是阻礙燒結(jié)溫度降低的主要原因之一(非專利文獻(xiàn)1-3)，而且，隨著銅顆粒尺寸的進(jìn)一步降低，銅表面能增加，金屬原子互融機會增大，但氧化傾向更為加劇，所以，通過減少銅表面氧化從而降低銅顆粒燒結(jié)溫度是很有必要的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：Jang E-J,Hyun S,Lee H-J,Park Y-B,J.Electron Material2009；38:1598

非專利文獻(xiàn)2：Suga T.ECS Transaction 2006；3(6):155

非專利文獻(xiàn)3：Tan CS,Chen KN,Fan A,Reif R.J.Electron Material 2004；33:1005

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

如上所述，與銀相比，銅通常即使在室溫下也容易被氧化，當(dāng)制備成顆粒狀的分散體時，在其表面上短時間內(nèi)就形成了氧化物膜，并且氧化從其表面到內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行。尤其在銅顆粒具有較小粒徑例如納米級粒徑時，其表面積相對增加，并且具有形成于其表面上的氧化物膜的厚度傾向于增加。在將這種表面具有氧化物膜的銅顆粒用于銅膏時，只能實現(xiàn)銅顆粒之間的部分燒結(jié)且在顆粒邊界殘殘留有薄的銅氧化物層，而且，特別是在低溫下難以實現(xiàn)銅顆粒之間的彼此熔融和/或擴散，從而導(dǎo)致燒結(jié)效率低，并且難以得到有優(yōu)異的接合強度和致密性的燒結(jié)產(chǎn)物層。

用于解決課題的手段

在本發(fā)明中，提供一種表面經(jīng)抗氧化保護(hù)的銅顆粒的形成方法用以降低銅顆粒的表面氧化，其中，利用有機可焊接保護(hù)劑(OSP，Organic Solderability Preservatives)對銅顆粒的表面進(jìn)行修飾，以對銅顆粒表面進(jìn)行抗氧化性保護(hù)，該有機可焊性保護(hù)劑利用間硝基苯磺酸鈉(m-nitrobenzene sulfonate sodium salt，NBS)而附著于銅顆粒的表面。該有機可焊接保護(hù)劑可以為苯并三氮唑(BTA)、咪唑(IM)、苯并咪唑(BIM)中的至少一種。

本發(fā)明還提供低溫?zé)Y(jié)銅膏及使用該低溫?zé)Y(jié)銅膏的燒結(jié)工藝，該低溫?zé)Y(jié)銅膏包含上述的銅顆粒和助焊劑。通過使用這樣的低溫?zé)Y(jié)銅膏，能夠在低溫(例如約180-250℃) 實現(xiàn)固化，實現(xiàn)銅顆粒的燒結(jié)，獲得低溫?zé)Y(jié)且得到致密結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，并且能夠以無壓燒結(jié)實現(xiàn)銅顆粒的低溫?zé)Y(jié)。

附圖說明

圖1的a是示出OSP膜保護(hù)前的銅顆粒，圖1的b是示出OSP膜保護(hù)后的銅顆粒。

圖2是示出將包覆的銅顆粒與助焊劑混合的狀態(tài)的圖。

附圖標(biāo)記說明

1,3…銅顆粒