一种纳米焊膏连接结构及其连接方法

本发明涉及微电子封装的，尤其涉及一种纳米焊膏连接结构、连接方法及纳米焊膏的制备方法。

背景技术：

1、随着芯片向高封装密度化发展，焊点不断微型发展。集成电路的体积不断减小，价格不断下降，其服役条件的极端化，互连的可靠性问题成为不可忽视的问题。因此在提升其功能的同时，更要关注到芯片服役可靠性。在芯片工作中散热是解决可靠性问题的关键之一，如何在有限的空间中实现良好的散热一直是行业中探索的方向。

2、在传统的互连层中，除了常规的导热硅脂，人们还研发了纳米金属焊膏作为连接剂，但在大面积连接时，受制于有机物的挥发受限，纳米金属焊膏无法实现大面积的连接，且大面积连接后容易产生残余应力，同时，由于上下连接的基板热膨胀系数不匹配，同样会造成应力集中，从而影响器件的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明提供一种纳米焊膏连接结构及其连接方法，用以解决现有技术中纳米金属焊膏无法大面积连接，大面积连接可靠性差的缺陷。

2、本发明提供一种纳米焊膏的连接结构，包括第一基板层、第二基板层以及纳米焊膏层；所述第一基板层与所述第二基板层通过所述纳米焊膏层连接，所述纳米焊膏层上具有多条将所述纳米焊膏层分割为独立焊膏单元的流道。

3、本发明还提供一种纳米焊膏连接结构的连接方法，包括如下步骤：

4、(1)配置纳米焊膏；

5、(2)对用于互连的陶瓷基板表面以及散热器基板表面分别进行酸洗处理；

6、(3)所述散热器基板的表面上具有以多个独立的焊膏单元组合形成多条流道的方式配置的所述纳米焊膏；

7、(4)在保护气体气氛下将陶瓷基板与散热器基板热压连接。

8、根据上述一种纳米焊膏连接结构的连接方法，其通过在涂覆的纳米焊膏形成有多条的流道，流道将纳米焊膏分割为独立的焊膏单元，这使得在进行涂敷焊膏后有机物能够通过流道进行挥发，由此实现大面积连接，进一步地，通过独立的焊膏单元解决了残余应力以及应力集中的问题，提升了连接的可靠性。

9、根据本发明提供的一种纳米焊膏连接结构的连接方法，在进行纳米焊膏的涂覆时，选用能够构造所述流道形状的掩模板，将所述掩模板放置于所述散热器基板表面上，并在掩模板上涂覆所述纳米焊膏，涂覆完成后取下掩模板形成所述流道。通过将掩模板构造为流道的形状结构，在涂覆后便会在散热器基板上形成流道结构；通过掩模板的使用提升连接的工作效率。

10、根据本发明提供的一种纳米焊膏连接结构的连接方法，所述流道形状为“方形”、“三角形”、“s”形中的一种或几种。在掩模板上可以构造单一的一种形状，也可以同时构造多种形状。

11、本发明还提供了一种用于纳米焊膏连接结构的连接方法连接的纳米焊膏的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

12、选取树枝状金属颗粒和球状金属颗粒，所述球状金属颗粒的粒径小于所述树枝状金属颗粒，所述树枝状金属颗粒：所述球状金属颗粒的质量比为≤4：1；

13、选取分散剂、粘结剂以及稀释剂组合形成第一混合有机溶剂，所述分散剂、所述粘结剂、所述稀释剂具有不同的挥发温度；

14、或，选取分散剂、粘结剂、稀释剂以及还原剂组合形成第二混合有机溶剂，所述分散剂、所述粘结剂、所述稀释剂、所述还原剂具有不同的挥发温度；

15、将所述球状金属颗粒与交联剂进行混合形成球状颗粒载体混合剂；

16、将所述树枝状金属颗粒、所述第一混合有机溶剂或所述第二混合有机溶剂以及所述球状颗粒载体混合剂进行混合得到所述纳米焊膏。

17、据本发明提供的纳米焊膏的制备方法，所述树枝状金属颗粒的粒径为500-1000nm，所述球状金属颗粒的粒径为50-100nm；所述树枝状金属颗粒占比为60～80wt％，所述球状金属颗粒占比为20～40wt％。

18、据本发明提供的纳米焊膏的制备方法，所述分散剂包括硬脂酸、甲基苯基硅烷、环己烷、松油中的一种或多种；所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基乙醚中的至少一种；所述稀释剂包括丙酮、正丙醇、丙炔醇、异丁醇的一种或者多种；所述还原剂包括乙胺、异丙醇胺、1,2-丙二胺、柠檬酸的一种或者多种；所述交联剂包括聚二甲基硅氧烷、甲基氯硅烷、乙烯基硅烷、甲基三甲氧基硅烷的一种或者多种。

19、据本发明提供的纳米焊膏的制备方法，所述树枝状金属颗粒和所述球状金属颗粒为银粉颗粒或铜粉颗粒。

20、据本发明提供的纳米焊膏的制备方法，所述第一混合有机溶剂中的所述分散剂体积占比为35～45％，所述粘结剂体积占比为10～20％，所述稀释剂体积占比为35～45％

21、所述第二混合有机溶剂中的所述分散剂体积占比为30～40％，所述粘结剂体积占比为10～20％，所述稀释剂体积占比为30～40％，所述还原剂体积占比为10～20％。

22、据本发明提供的纳米焊膏的制备方法，所述球状颗粒载体混合剂中所述交联剂占比为20～30wt％，球状颗粒占比为70～80wt％。

23、据本发明提供的一种纳米焊膏的制备方法，所述第一混合有机溶剂中或所述第二混合有机溶剂中的所述树枝状金属颗粒和所述球状金属颗粒占比为60～70wt％。

24、本发明公开的实施例所提供的技术方案至少具有如下的有益效果：

25、本发明提供的一种纳米焊膏连接结构及其连接方法，通过流道的设置将大面积的基板切割成特定形状的小面积，在互连过程中有机物受热分解为气体，气体通过流道挥发，从而解决了现有技术中有机物挥发受阻而不能够大面积连接的问题；且由于流道将大面积切割，不仅降低了互连层内部的残余应力，还阻碍裂纹扩散提高互连件的可靠性。另一方面，本申请中的纳米焊膏的组成成分中具有不同挥发温度的有机物组成，这使其能够快速挥发，实现快速互连。

技术特征：

1.一种纳米焊膏的连接结构，其特征在于，包括第一基板层、第二基板层以及纳米焊膏层；所述第一基板层与所述第二基板层通过所述纳米焊膏层连接，所述纳米焊膏层上具有多条将所述纳米焊膏层分割为独立焊膏单元的流道。

2.一种权利要求1所述的连接结构的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的连接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，选用能够构造所述流道形状的掩模板，将所述掩模板放置于所述散热器基板表面上，并在掩模板上涂覆所述纳米焊膏，涂覆完成后取下掩模板形成所述流道。

4.根据权利要求3所述的连接方法，其特征在于，所述流道形状为“方形”、“三角形”、“s”形中的一种或几种。

5.一种用于权利要求2所述的连接方法连接的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，所述树枝状金属颗粒的粒径为500-1000nm，所述球状金属颗粒的粒径为50-100nm；所述树枝状金属颗粒占比为60～80wt％，所述球状金属颗粒占比为20～40wt％。

7.根据权利要求5所述的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括硬脂酸、甲基苯基硅烷、环己烷、松油中的一种或多种；所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基乙醚中的至少一种；所述稀释剂包括丙酮、正丙醇、丙炔醇、异丁醇的一种或者多种；所述还原剂包括乙胺、异丙醇胺、1,2-丙二胺、柠檬酸的一种或者多种；所述交联剂包括聚二甲基硅氧烷、甲基氯硅烷、乙烯基硅烷、甲基三甲氧基硅烷的一种或者多种。

8.根据权利要求5所述的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，所述树枝状金属颗粒和所述球状金属颗粒为银粉颗粒或铜粉颗粒。

9.根据权利要求5所述的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求5所述的纳米焊膏的制备方法，其特征在于，所述球状颗粒载体混合剂中所述交联剂占比为20～30wt％，球状颗粒占比为70～80wt％。

技术总结
本发明提供一种纳米焊膏连接结构及其连接方法，应用于微电子封装领域；连接结构包括第一基板层、第二基板层以及纳米焊膏层；所述第一基板层与所述第二基板层通过所述纳米焊膏层连接，所述纳米焊膏层上具有多条将所述纳米焊膏层分割为独立焊膏单元的流道；通过流道的设置将大面积的基板切割成特定形状的小面积，在互连过程中有机物受热分解为气体，气体通过流道挥发，从而解决了现有技术中有机物挥发受阻而不能够大面积连接的问题；且由于流道将大面积切割，不仅降低了互连层内部的残余应力，还阻碍裂纹扩散提高互连件的可靠性。

技术研发人员：马立民,王宇晨,贾强,郭福,王乙舒
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13