焊接浆料及其制备方法与流程

本申请属于导热浆料，尤其涉及一种焊接浆料及其制备方法。

背景技术：

1、随着消费电子、安防、工业控制、汽车电子、新能源等诸多领域的飞速发展，能量转换和储藏的功率变流器容量需求越来越大，随之在能量转换过程中，产生的大量热量如何快速散出成为面临的严峻问题。因此，高导热特性、且界面热阻小的界面互联材料在电子封装行业成为迫切需求。

2、例如，专利cn106910691a公开一种功率变流器中绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，igbt)模块的散热结构及封装工艺，其将石墨烯材料以散热薄膜形式应用于热流密度较高的igbt芯片表面，以填充增强导电导热胶的形式应用于芯片与基板、热沉与基板之间，并通过芯片贴装的互连方式，解决功率变流器中igbt模块的散热问题。该方案工艺复杂，封装材料用到有机成分，存在高温环境树脂老化失效问题。专利cn106373954a公开一种采用纳米银焊膏的烧结式igbt模块，包括由发射极和集电极构成的两个圆形板状金属电极和圆筒状陶瓷管壳、发射极板壳上igbt凸台、续流二极管凸台，以及分别安装在igbt凸台上igbt单芯片焊接子模组、续流二极管凸台上的续流二极管的单芯片焊接子模组所构成，单芯片焊接子模组中，下钼基板和igbt、续流二极管是以纳米银焊膏作为热界面材料，通过低温烧结进行的连接。该专利采取热压工艺形成焊接，而加压会对igbt芯片造成机械损伤，同时存在脆性大，易产生孔洞，且在后期高温服役过程容易因为热应力产生裂纹，形成更大的热阻。

3、因此，在以igbt为代表的功率器件中，因为各组件结构复杂、且可能异质，导致热过程变形大，这对连接浆料的塑性要求更高，而上述所用连接材料均无法满足塑性形变要求。而且在高导热领域，一般低温焊接导热材料难以满足70w/m·k以上的导热要求，含锡焊接方案由于高温熔融特性，在高温环境容易失效，并且焊锡方案难以满足导热要求大于70w/m·k的更高应用场景，而纳米银铜烧结方案在面对大面积焊接或热膨胀系数(cte)不匹配，易发生应力释放而产生裂纹。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种焊接浆料及其制备方法，旨在解决如何提供兼具良好的可塑性和导热性的焊接浆料。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种焊接浆料，包括如下重量组分：

4、微米铟粉1-90份；

5、微米导热粉0-90份，且微米导热粉的导热系数≥200w/m.k；

6、纳米金属单质粉1-90份；

7、有机溶剂2-5份；

8、活化剂0.5-1份；

9、中和剂0.2-1份；

10、增稠剂0.1-1份。

11、在一实施例中，

12、微米铟粉30-80份；

13、微米导热粉10-40份；

14、纳米金属单质粉5-30份。

15、在一实施例中，微米铟粉的粒径为0.1μm～10μm，微米导热粉的粒径为0.1μm～10μm，纳米金属单质粉的粒径为20nm～100nm。

16、在一实施例中，微米导热粉选自微米铝粉、微米银粉、微米铜粉、微米银铜合金粉、微米金刚石粉和微米镀银金刚石粉中的至少一种。

17、在一实施例中，纳米金属单质粉选自纳米银粉和纳米铜粉中的至少一种。

18、在一实施例中，有机溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和丙二醇乙醚中的至少一种。

19、在一实施例中，活化剂选自正己酸、戊二酸、己二酸和柠檬酸的至少一种；和/或

20、中和剂选自三乙醇胺、三异丙醇胺、四甲基丙二胺和n,n-二甲基乙醇胺的至少一种；和/或

21、增稠剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯吡咯烷酮的至少一种。

22、第二方面，本申请提供一种焊接浆料的制备方法，包括以下步骤：

23、提供焊接浆料中的各原料组分；

24、将微米铟粉、微米导热粉、纳米金属单质粉、有机溶剂、活化剂、中和剂和增稠剂进行混合处理，得到焊接浆料。

25、在一实施例中，将微米铟粉、微米导热粉、纳米金属单质粉、有机溶剂、活化剂、中和剂和增稠剂进行混合处理的步骤包括：先将有机溶剂、活化剂、中和剂和增稠剂混合搅拌加热，得到混合溶液；然后将微米铟粉、微米导热粉和纳米金属单质粉分散在混合溶液中。

26、在一实施例中，分散包括超声分散。

27、本申请第一方面提供的焊接浆料含有特有重量份的微米铟粉、微米导热粉和纳米金属单质粉三种粉体材料；其中，基于微米铟粉的高塑性金属属性可以有效释放大面积粘接形成的应力，从而克服焊接浆料因应力集中产生的裂纹缺陷，而导热系数≥200w/m.k的微米导热粉加入可以提高焊接浆料的导热性能，合适的纳米金属单质粉能与微米级的粉体复合形成综合性能较好的金属复合物，进一步提高浆料的综合性能；综上，本申请提供的焊接浆料通过粉体共同作用，可以实现200℃条件下的低温烧结，而且烧结后的固化物导热系数可以大于80w/m·k，兼具优异的可塑性和导热性的特点，应用面广，尤其适合在大面积粘接高导热需求如igbt封装领域中使用。

28、本申请第二方面提供的焊接浆料的制备方法，将一定重量份的微米铟粉、微米导热粉、纳米金属单质粉、有机溶剂、活化剂、中和剂和增稠剂进行混合处理得到。该制备方法不仅工艺简单、容易操作，而且基于配方原料含有特有重量份的微米铟粉、微米导热粉和纳米金属单质粉，通过该三种粉体共同作用使本申请制备得到的焊接浆料材料可通过塑性变形来释放应力，从而兼具优异的可塑性和导热性的特点，可适合在大面积粘接高导热需求如igbt封装领域中使用。

技术特征：

1.一种焊接浆料，其特征在于，包括如下重量组分：

2.如权利要求1所述的焊接浆料，其特征在于，

3.如权利要求1所述的焊接浆料，其特征在于，所述微米铟粉的粒径为0.1μm～10μm，所述微米导热粉的粒径为0.1μm～10μm，所述纳米金属单质粉的粒径为20nm～100nm。

4.如权利要求1所述的焊接浆料，其特征在于，所述微米导热粉选自微米铝粉、微米银粉、微米铜粉、微米银铜合金粉、微米金刚石粉和微米镀银金刚石粉中的至少一种。

5.如权利要求1所述的焊接浆料，其特征在于，所述纳米金属单质粉选自纳米银粉和纳米铜粉中的至少一种。

6.如权利要求1至5任一项所述的焊接浆料，其特征在于，所述有机溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚和丙二醇乙醚中的至少一种。

7.如权利要求1至5任一项所述的焊接浆料，其特征在于，所述活化剂选自正己酸、戊二酸、己二酸和柠檬酸的至少一种；和/或

8.一种焊接浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述微米铟粉、所述微米导热粉、所述纳米金属单质粉、所述有机溶剂、所述活化剂、所述中和剂和所述增稠剂进行混合处理的步骤包括：先将所述有机溶剂、所述活化剂、所述中和剂和所述增稠剂混合搅拌加热，得到混合溶液；然后将所述微米铟粉、所述微米导热粉和所述纳米金属单质粉分散在所述混合溶液中。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述分散包括超声分散。

技术总结
本申请涉及导热浆料技术领域，尤其涉及一种焊接浆料及其制备方法。焊接浆料包括如下重量组分：微米铟粉1‑90份；微米导热粉0‑90份，且微米导热粉的导热系数≥200W/m.K；纳米金属单质粉1‑90份；有机溶剂2‑5份；活化剂0.5‑1份；中和剂0.2‑1份；增稠剂0.1‑1份。本申请的焊接浆料含有特有重量份的微米铟粉、微米导热粉和纳米金属单质粉三种粉体材料，基于粉体共同作用，可以实现200℃条件下的低温烧结，而且烧结后的固化物导热系数可以大于80W/m·K，兼具优异的可塑性和导热性的特点，应用面广，尤其适合在大面积粘接高导热需求如IGBT封装领域中使用。

技术研发人员：周训能,胡军辉
受保护的技术使用者：昆山百柔新材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12