一種銅系電子漿料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銅系電子漿料及其制備方法和應(yīng)用，屬于微電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。它采用銅粉體為原料，制備油系或水系電子漿料，可用于陶瓷、玻璃、高分子材料基板的表面敷銅技術(shù)。與目前所常用的含銅電子漿料和成形工藝相比，原料價格低，設(shè)備簡單，工藝簡便，金屬圖形化方便，成品率高，且銅層厚度可控，從而達到了降低成本與提高性能，可應(yīng)用于封裝大功率器件和大規(guī)模集成電路，將會有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種銅系電子漿料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]隨著現(xiàn)代微電子各種新型高密度封裝形式的出現(xiàn)，集成電路正向著高集成度、布線細微化、芯片大型化發(fā)展，與之相適應(yīng)的基板材料除了具備低應(yīng)力、低熱膨脹外，還必須具備高效的散熱功能，以及與半導(dǎo)體材料相匹配的熱膨脹系數(shù)以減小元器件與基板之間的熱應(yīng)力。
[0002]較好的電絕緣性和較低的介電常數(shù)以便適用于高頻電路，減小時間延遲。而銅的熱導(dǎo)率為400W / m.K，是最常用的基板材料之一，可利用銅金屬的高導(dǎo)熱性能將這些微電子功率器件或芯片所負載在基板上的元器件產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。
[0003]目前在工業(yè)上實現(xiàn)金屬和陶瓷、高分子材料、玻璃等結(jié)合的方法主要有厚膜法及鑰錳法等。其中將貴重金屬的細粒通過壓接在一起而組成，再由熔融的玻璃粘附到基材上，是厚膜法。但厚膜的導(dǎo)電性能比金屬銅差，且燒結(jié)的溫度為1000°C以上。鑰錳法是較成熟的工藝過程，通過在基體材料和金屬化層相互擴散實現(xiàn)陶瓷和金屬化層良好的附著力，但是燒結(jié)的溫度往往為1500°c以上，還需要一定的保護氣氛，且這種方法所形成的中間層較厚，熱阻仍然較大，不利于在大功率電路、功率模塊等領(lǐng)域中迅速散熱。近年來出現(xiàn)的陶瓷直接敷銅(DBC)基板綜合了銅與陶瓷的優(yōu)異性能，而應(yīng)用于大功率器件中。DBC基板是在敷接過程前或過程中在銅與陶瓷之間引入適量的氧元素，在1065°C?1083°C范圍內(nèi)，銅與氧形成Cu-O共晶液，其共晶液實現(xiàn)了陶瓷基板與銅板的結(jié)合。但在其制備過程中精確控制微量氧的含量很難在工業(yè)生產(chǎn)中準確做到。因此研究出恰當?shù)牟牧象w系和簡便的工藝方法實現(xiàn)金屬銅與陶瓷、高分子材料、玻璃等緊密結(jié)合一直是研究的熱點和難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決是現(xiàn)有技術(shù)中存在的燒結(jié)溫度過高，需要還原或保護氣氛的問題，提供生產(chǎn)一種利用低熔點玻璃和還原劑在空氣中低溫?zé)Y(jié)的銅系電子漿料及其制備方法和在敷銅基板中的應(yīng)用，可用于陶瓷、玻璃、高分子材料基材的應(yīng)用上，可控制銅層厚度、方便金屬圖形化、降低敷銅陶瓷基板的生產(chǎn)成本。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明所述的一種銅系電子漿料，包括如下組分:
[0007]銅粉、低熔點玻璃、還原劑、醇、有機載體。
[0008]所述銅系電子漿料中各組分重量份為:
[0009]銅粉35?55份
[0010]低熔點玻璃5?15份
[0011]還原劑10?20份
[0012]醇25 ?45 份
[0013]有機載體I?3份。
[0014]所述還原劑為Mg粉、Zn粉、Ti粉、C粉中的一種或多種的組合。
[0015]所述有機載體為蓖麻油、鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、乙基纖維素、甲基纖維素中一種或多種的組合。
[0016]所述醇為甲醇、乙醇、丙醇、松油醇、聚乙烯醇中一種或多種的組合。
[0017]所述低熔點玻璃粉的熔點小于或等于700°C。
[0018]所述銅粉的粒徑小于10微米。
[0019]本發(fā)明所述的一種銅系電子漿料的制備方法，包括如下步驟:
[0020]將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照35?55: 5?15: 10?20:25?45:1?3的重量比進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為10微米以下、粘度為
0.1 ?IOOPa.S0
[0021]本發(fā)明所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，包括如下步驟:
[0022]S1、將所述的銅系電子漿料涂敷在基板表面，形成厚度為20?150 μ m的涂層；
[0023]S2、將步驟SI中制得的涂敷有所述銅系電子漿料的基板置于100?600°C環(huán)境中進行熱處理，得到覆蓋有銅層的基板；
[0024]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0025]步驟SI中所述基板為陶瓷基板、高分子材料基板或玻璃基板中的一種；步驟S2中熱處理的時間為8-24小時。
[0026]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0027]1、本發(fā)明所提供的一種銅系電子漿料是以銅粉，低熔點玻璃粉和防止氧化的還原劑金屬為主要特點:原料易得，成本低廉，漿料穩(wěn)定性高，粘度適中，高溫下不易氧化。
[0028]2、本發(fā)明所提供的一種銅系電子漿料的制備方法，在空氣中低溫?zé)Y(jié)，工藝簡單。
[0029]3、本發(fā)明所提供的一種銅系電子漿料在敷銅基板中的應(yīng)用，金屬圖形化方便，銅層致密連續(xù)、銅層電阻和熱阻低，圖形精度可控。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實例I中所述敷銅基板中銅層的XRD譜圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0032]實施例1
[0033]本實施例提供一種銅系電子漿料及其制備方法和在敷銅基板中的應(yīng)用。
[0034]所述銅系電子漿料的組分及其重量份為銅粉、低熔點玻璃、還原劑、醇、有機載體，其比例為43:8:13:34:2 ;其中所述還原劑為鋅粉，所述醇為5wt%聚乙烯醇水溶液，所述有機載體為氫化蓖麻油、聚乙二醇和鄰苯二甲酸二丁酯，所述低熔點玻璃粉的熔點為600°C?700°C，所述銅粉的粒徑為10 μ m以下。
[0035]所述銅系電子漿料的制備方法為:
[0036]將銅粉體43g、5Wt%聚乙烯醇水溶液34g、氫化蓖麻油0.7g、聚乙二醇0.7g和鄰苯二甲酸二丁酯0.6g，低熔點玻璃粉Sg，還原劑13g混合，并在行星式球磨機上球磨2小時，這樣就得到了水系銅電子漿料，通過(儀器)測得細度為ΙΟμπι，粘度為IOPa.S。[0037]所述敷銅基板的制備方法為:
[0038]S1:將氧化鋁陶瓷片放入丙酮或乙醇溶液中，并在超聲波清洗器中超聲清洗15分鐘，取出曬干；隨后在涂層機上通過旋轉(zhuǎn)涂覆將所述銅系電子漿料均勻懸涂在氧化鋁陶瓷表面，獲得涂層厚度為20 μ m。
[0039]S2、將步驟SI中所制備的涂敷有所述銅系電子漿料的基板放入箱式電爐中，在空氣下加熱至400°C，燒結(jié)8小時并隨爐冷卻，待燒結(jié)試樣冷卻至室溫后取出。
[0040]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層用乙醇或丙酮清洗，再進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0041]實施例2
[0042]本實施例提供一種銅系電子漿料，包括如下組分:
[0043]銅粉35份
[0044]低熔點玻璃15份
[0045]還原劑10份
[0046]醇39 份
[0047]有機載體I份。
[0048]所述還原劑為Mg粉和Zn粉組合。
[0049]所述有機載體為蓖麻油和鄰苯二甲酸二丁酯的組合。
[0050]所述醇為甲醇。
[0051]所述低熔點玻璃粉的熔點為550?600°C。
[0052]所述銅粉的粒徑為5微米。
[0053]所述的一種銅系電子漿料的制備方法，包括如下步驟:
[0054]將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照上述比例進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為4微米、粘度為25Pa.S。
[0055]所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，包括如下步驟:
[0056]S1、將氧化鋁陶瓷片放入丙酮或乙醇溶液中，并在超聲波清洗器中超聲清洗15分鐘，取出曬干；隨后在涂層機上通過旋轉(zhuǎn)涂覆將所述銅系電子漿料均勻懸涂在氧化鋁陶瓷表面，形成厚度為20 μ m的涂層；
[0057]S2、將步驟SI中所制備的涂敷有所述銅系電子漿料的基板放入箱式電爐中，在空氣下加熱至100°C，燒結(jié)8小時并隨爐冷卻，待燒結(jié)試樣冷卻至室溫后取出，得到覆蓋有銅層的基板；
[0058]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0059]作為本發(fā)明的其他實施例，步驟SI中所述基板還可以為陶瓷基板、高分子材料基板或玻璃基板中的一種，步驟S2中熱處理的時間為8-24小時，均可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0060]實施例3
[0061]本實施例提供一種銅系電子漿料，包括如下組分:
[0062]銅粉55份
[0063]低熔點玻璃5份[0064]還原劑12份
[0065]醇25 份
[0066]有機載體3份。
[0067]所述還原劑為C粉。
[0068]所述有機載體為聚乙二醇和乙基纖維素的組合。
[0069]所述醇為乙醇。
[0070]所述低熔點玻璃粉的熔點小于或等于700°C。
[0071 ] 所述銅粉的粒徑小于10微米。
[0072]所述的一種銅系電子漿料的制備方法，包括如下步驟:
[0073]將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照比例進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為9 μ m、粘度為IOOPa.S。
[0074]所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，包括如下步驟:
[0075]S1、將氧化鋁陶瓷片放入丙酮或乙醇溶液中，并在超聲波清洗器中超聲清洗15分鐘，取出曬干；隨后在涂層機上通過旋轉(zhuǎn)涂覆將所述銅系電子漿料均勻懸涂在氧化鋁陶瓷表面，形成厚度為70 μ m的涂層；
[0076]S2、將步驟SI中所制備的涂敷有所述銅系電子漿料的基板放入箱式電爐中，在空氣下加熱至600°C，燒結(jié)15小時并隨爐冷卻，待燒結(jié)試樣冷卻至室溫后取出，得到覆蓋有銅層的基板；
[0077]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0078]實施例4
[0079]本實施例提供一種銅系電子漿料，包括如下組分:
[0080]銅粉35份
[0081]低熔點玻璃9份
[0082]還原劑10份
[0083]醇45 份
[0084]有機載體I份。
[0085]所述還原劑為Ti粉。
[0086]所述有機載體為聚乙烯醇。
[0087]所述醇為丙醇。
[0088]所述低熔點玻璃粉的熔點為600°C?700°C。
[0089]所述銅粉的粒徑為2 μ m。
[0090]所述的一種銅系電子漿料的制備方法，包括如下步驟:
[0091]將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照上述比例進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為1.5 μ m、粘度為150pa.S。
[0092]所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，包括如下步驟:
[0093]S1、將氧化鋁陶瓷片放入丙酮或乙醇溶液中，并在超聲波清洗器中超聲清洗15分鐘，取出曬干；隨后在涂層機上通過旋轉(zhuǎn)涂覆將所述銅系電子漿料均勻懸涂在氧化鋁陶瓷表面，形成厚度為100 μ m的涂層；[0094]S2、將步驟SI中所制備的涂敷有所述銅系電子漿料的基板放入箱式電爐中，在空氣下加熱至300°C，燒結(jié)12小時并隨爐冷卻，待燒結(jié)試樣冷卻至室溫后取出，得到覆蓋有銅層的基板；
[0095]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0096]實施例5
[0097]本實施例提供一種銅系電子漿料，包括如下組分:
[0098]銅粉40份
[0099]低熔點玻璃10份
[0100]還原劑20份
[0101]醇28 份
[0102]有機載體2份。
[0103]所述還原劑為Mg粉。
[0104]所述有機載體為鄰苯二甲酸二丁酯。
[0105]所述醇為丙醇和松油醇的組合。
[0106]所述低熔點玻璃粉的熔點為500°C?700°C。
[0107]所述銅粉的粒徑為0.5 μ m?10 μ m。
[0108]所述的一種銅系電子漿料的制備方法，包括如下步驟:
[0109]將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照上述比例進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為0.4 μ m?9 μ m、粘度為50pa.s?500Pa.S。
[0110]所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，包括如下步驟:
[0111]S1、將氧化鋁陶瓷片放入丙酮或乙醇溶液中，并在超聲波清洗器中超聲清洗15分鐘，取出曬干；隨后在涂層機上通過旋轉(zhuǎn)涂覆將所述銅系電子漿料均勻懸涂在氧化鋁陶瓷表面，形成厚度為80 μ m的涂層；
[0112]S2、將步驟SI中所制備的涂敷有所述銅系電子漿料的基板放入箱式電爐中，在空氣下加熱至500°C，燒結(jié)24小時并隨爐冷卻，待燒結(jié)試樣冷卻至室溫后取出，得到覆蓋有銅層的基板；
[0113]S3、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
[0114]實施例6:
[0115]本實施例提供一種銅系電子漿料，組分和制備方法同實施例1。所述的一種銅系電子漿料制備敷銅基板的方法也同實施例1，唯一不同的是步驟Si中通過絲網(wǎng)印刷在玻璃表面形成電路圖形。
[0116]本發(fā)明的上述實施方案都只能認為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍。因此，在不違反本發(fā)明基本思想的情況下，在金屬敷接基體材料的生產(chǎn)過程中，只要采用了銅粉為原料，采用了低熔點玻璃和還原劑的金屬粉或C粉，且與本發(fā)明所采用的添加劑相似，或可進行多種修改以及替換。因此，這種修改和替換也應(yīng)理解為落入本發(fā)明的范圍中。本發(fā)明的具體保護范圍通過權(quán)利要求書來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種銅系電子漿料，其特征在于，包括如下組分: 銅粉、低熔點玻璃、還原劑、醇、有機載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，各組分重量份為: 銅粉35?55份 低熔點玻璃5?15份 還原劑10?20份 醇25?45份 有機載體I?3份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，所述還原劑為Mg粉、Zn粉、Ti粉、C粉中的一種或多種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，所述有機載體為蓖麻油、鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、乙基纖維素、甲基纖維素中一種或多種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，所述醇為甲醇、乙醇、丙醇、松油醇、聚乙烯醇中一種或多種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，所述低熔點玻璃粉的熔點小于或等于700°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的一種銅系電子漿料，其特征在于，所述銅粉的粒徑小于10微米。
8.—種權(quán)利要求1-7任一所述的銅系電子漿料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將銅粉、低熔點玻璃粉、還原劑、醇、有機載體按照35?55:5?15:10?20:25?45:I?3的重量比進行混合，混合均勻后進行研磨至細度為10微米以下、粘度為0.1?IOOPa.So
9.一種權(quán)利要求1-7任一所述的銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將權(quán)利要求1-7任一所述的銅系電子漿料涂敷在基板表面，形成厚度為20?150 μ m的涂層； 52、將步驟SI中制得的涂敷有所述銅系電子漿料的基板置于100?600°C環(huán)境中進行熱處理，得到覆蓋有銅層的基板； 53、將步驟S2中制得的覆蓋有銅層的基板中的銅層進行拋光處理，得到所述敷銅基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的銅系電子漿料制備敷銅基板的方法，其特征在于，步驟SI中所述基板為陶瓷基板、高分子材料基板或玻璃基板中的一種；步驟S2中熱處理的時間為8-24小時。
【文檔編號】H01B1/22GK103559940SQ201310562651
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】王旭, 羅駒華, 吳莉玲 申請人:鹽城工學(xué)院