本發(fā)明涉及一種銅基導(dǎo)電漿料及其制備與其在芯片封裝銅銅鍵合中的應(yīng)用，屬于芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路的封裝朝著輕薄短小的三維集成方向發(fā)展，這其中倒裝芯片互聯(lián)技術(shù)因其具有較高的封裝密度，良好的電和熱性能，穩(wěn)定的可靠性和較低的成本，已經(jīng)成為一種能夠適應(yīng)未來(lái)電子封裝發(fā)展要求的技術(shù)。倒裝芯片封裝技術(shù)即是首先在芯片焊盤(pán)上作凸點(diǎn)，然后將芯片倒扣于基板以將凸點(diǎn)與基板間進(jìn)行連接，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電氣和機(jī)械連接。凸點(diǎn)連接比引線鍵合連線短，傳輸速度高，其可靠性可以提高30-50倍。在倒裝芯片封裝過(guò)程中，凸點(diǎn)的形成和鍵合是其工藝過(guò)程的關(guān)鍵。

由于環(huán)境保護(hù)等因素的影響，目前倒裝芯片的回流焊倒裝多采用Sn/Ag焊料，凸點(diǎn)通常通過(guò)刻蝕、電鍍、回流工藝形成，其工藝復(fù)雜，成本高。而金屬銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，是應(yīng)用廣泛的互連介質(zhì)。銅柱倒裝鍵合方法具有低成本和高產(chǎn)出的優(yōu)點(diǎn)，能更進(jìn)一步提高倒裝互連的電熱性能，為發(fā)展高密度、高性能的微電子封裝技術(shù)提供了技術(shù)支撐。傳統(tǒng)的銅銅熱壓鍵合技術(shù)是利用銅作為鍵合層，通過(guò)較高的鍵合壓力和溫度保證芯片與基板的接觸，促進(jìn)銅原子的擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)鍵合。該鍵合方式可提供內(nèi)在的互連和優(yōu)異的連接強(qiáng)度，并且工藝簡(jiǎn)單，已經(jīng)得到了廣泛研究。但該互聯(lián)方式所需的鍵合壓力和溫度較高，并且可能會(huì)引入較高的熱應(yīng)力和熱變形，甚至損傷元器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種銅基導(dǎo)電漿料。

本發(fā)明的目的還在于提供上述銅基導(dǎo)電漿料的制備方法。

本發(fā)明的目的還在于提供上述銅基導(dǎo)電漿料在芯片封裝銅銅鍵合中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的又在于提供一種應(yīng)用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法。

為達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種銅基導(dǎo)電漿料，該銅基導(dǎo)電漿料是通過(guò)將預(yù)處理后的納米銅顆粒均勻分散于導(dǎo)電漿料溶液中得到的，以該銅基導(dǎo)電漿料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述納米銅顆粒占該銅基導(dǎo)電漿料總質(zhì)量的10～90％。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述納米銅顆粒包括粒徑為20～200nm的球形銅顆粒中的一種或幾種的組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述納米銅顆粒包括采用溶劑熱法、多元醇法、還原法、固相法中的一種或幾種方法制備得到的納米銅顆粒。上述溶劑熱法、多元醇法、還原法、固相法均為本領(lǐng)域制備納米銅顆粒所用的常規(guī)方法。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述預(yù)處理為采用酸對(duì)納米銅顆粒進(jìn)行表面處理；

更優(yōu)選地，所述酸包括稀鹽酸、稀硫酸及稀硝酸中的一種或幾種的組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，采用酸對(duì)納米銅顆粒進(jìn)行表面處理的目的是為了除去銅顆粒表面氧化物等雜質(zhì)，其中本發(fā)明對(duì)所用酸濃度及處理時(shí)間等均不作具體要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要選擇合適的酸濃度及處理時(shí)間，只要可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的即可。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，以該銅基導(dǎo)電漿料的總重量為100％計(jì)算，所述導(dǎo)電漿料溶液包括10～80wt％的溶劑、1～10wt％的分散劑、1～10wt％的粘度調(diào)節(jié)劑以及1～10wt％的其它添加劑，且所述溶劑、分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑、其它添加劑及預(yù)處理后的納米銅顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100wt％。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、乙二醇、一縮二乙二醇、二縮二乙二醇、一縮二丙二醇、丙三醇、二甲苯和異丙醇中的一種或幾種組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述分散劑包括聚乙烯吡咯烷酮、明膠、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、聚乙烯醇、阿拉伯膠和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或幾種的組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述粘度調(diào)節(jié)劑包括甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羧甲基纖維素中的一種或幾種的組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料，優(yōu)選地，所述其他添加劑包括松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚、丙二醇丁醚、三甘醇單丁醚和改性聚硅烷中的一種或幾種的組合。

另一方面，本發(fā)明還提供了上述銅基導(dǎo)電漿料的制備方法，其包括以下步驟：將預(yù)處理后的納米銅顆粒分散于導(dǎo)電漿料溶液中，再經(jīng)混料并超聲分散后，得到所述銅基導(dǎo)電漿料。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料的制備方法，優(yōu)選地，所述混料過(guò)程為在真空狀態(tài)下以1000～5000r/min中的一種轉(zhuǎn)速或幾種轉(zhuǎn)速的組合進(jìn)行混料，混料時(shí)間為1～5min。

根據(jù)本發(fā)明所述的銅基導(dǎo)電漿料的制備方法，優(yōu)選地，所述超聲分散時(shí)間為10～60min。

又一方面，本發(fā)明還提供了上述銅基導(dǎo)電漿料在芯片封裝銅銅鍵合中的應(yīng)用。

再一方面，本發(fā)明還提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其是采用上述銅基導(dǎo)電漿料實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟：

采用合適的印刷技術(shù)，將所述銅基導(dǎo)電漿料印刷在待封裝芯片的銅柱上，再經(jīng)低溫鍵合工藝進(jìn)行三維芯片封裝的銅銅鍵合，以實(shí)現(xiàn)芯片在低溫下的導(dǎo)電互連，完成芯片封裝銅銅鍵合。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，優(yōu)選地，所述鍵合工藝為采用加熱鍵合、加壓鍵合、及超聲波鍵合中的一種工藝或幾種工藝的組合進(jìn)行三維芯片封裝的銅銅鍵合。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，優(yōu)選地，所述加熱鍵合的溫度為室溫～300℃。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，優(yōu)選地，所述加壓鍵合的壓力為0.1～20MPa。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，優(yōu)選地，所述超聲波鍵合工藝中所用超聲頻率為10～200kHz。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，優(yōu)選地，所述鍵合工藝的時(shí)間為1～60min。

根據(jù)本發(fā)明所述的芯片封裝銅銅鍵合的方法，在本發(fā)明具體的實(shí)施方式中，所述印刷技術(shù)包括絲網(wǎng)印刷、平版印刷、凹版印刷及凸版印刷中的一種。上述絲網(wǎng)印刷、平版印刷、凹版印刷及凸版印刷技術(shù)均為本領(lǐng)域使用的常規(guī)印刷技術(shù)。

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種銅基導(dǎo)電漿料及其制備與其在芯片封裝銅銅鍵合中的應(yīng)用，同時(shí)本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，該方法利用銅基導(dǎo)電漿料中所含納米銅顆粒小尺寸帶來(lái)的低熔點(diǎn)性能，促進(jìn)銅銅界面在較低溫度(室溫～300℃)和較小壓力(0.1～20MPa)下進(jìn)行鍵合，并可以有效保證鍵合強(qiáng)度和效率，實(shí)現(xiàn)了倒裝芯片互連的低溫高密度封裝集成。

此外，該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好且能夠有效降低倒裝芯片互聯(lián)中銅銅鍵合的壓力和溫度、提高鍵合強(qiáng)度和效率，所以該工藝方法具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和前景。

附圖說(shuō)明

圖1a～圖1c為應(yīng)用本發(fā)明所提供的銅基導(dǎo)電漿料的電子封裝中倒裝芯片鍵合工藝示意圖。

主要附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1—芯片、2—銅柱、3—基板、4—銅基導(dǎo)電漿料。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合以下具體實(shí)施例及說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其中，該方法包括以下步驟：

1、銅基導(dǎo)電漿料的制備：采用水熱法制備出粒徑為100nm的球形銅顆粒作為填料，將經(jīng)過(guò)稀鹽酸處理的納米銅顆粒(20wt％)，分散于由乙醇(60wt％)、聚乙烯吡咯烷酮(10wt％)、甲基纖維素(4wt％)、松油醇(6wt％)構(gòu)成的導(dǎo)電漿料溶液中。經(jīng)過(guò)真空狀態(tài)下1000r/min混料3min，再超聲分散10min，即得到銅基導(dǎo)電漿料。制備所得漿料中納米銅顆粒填料均勻分散于溶劑中，其可在大氣氣氛下穩(wěn)定放置數(shù)天不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降或分離現(xiàn)象。

2、采用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，其工藝流程如圖1a～圖1c所示，圖1a中，1為待封裝的芯片、2為芯片和基板上待鍵合的銅柱、3為基板，將上述制得的銅基導(dǎo)電漿料4經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷涂覆在待封裝的芯片1的銅柱2上(如圖1b所示)，經(jīng)過(guò)300℃、5MPa、10min的熱壓鍵合工藝，以實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)(如圖1c所示)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其中，該方法包括以下步驟：

1、銅基導(dǎo)電漿料的制備：采用多元醇法制備出粒徑為20nm的球形銅顆粒作為填料，將經(jīng)過(guò)稀硫酸處理的納米銅顆粒(40wt％)，分散于由一縮二乙二醇(40wt％)、聚乙二醇(8wt％)、羥乙基纖維素(6wt％)、乙二醇甲醚(6wt％)構(gòu)成的導(dǎo)電漿料溶液中。經(jīng)過(guò)真空狀態(tài)下3000r/min混料2min，再超聲分散30min，即得到銅基導(dǎo)電漿料。制備所得漿料中納米銅填料均勻分散于溶劑中，可在大氣氣氛下穩(wěn)定放置數(shù)天不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降或分離現(xiàn)象。

2、采用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，工藝流程類似于實(shí)施例1，通過(guò)平板印刷技術(shù)，將銅基導(dǎo)電漿料印刷在待封裝的芯片銅柱上，經(jīng)過(guò)室溫下，8MPa、30kHz、22min的熱超聲鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其中，該方法包括以下步驟：

1、銅基導(dǎo)電漿料的制備：采用多元醇法制備出粒徑為40nm的球形銅顆粒作為填料，將經(jīng)過(guò)稀鹽酸處理的納米銅顆粒(60wt％)，分散于由丙三醇(30wt％)、聚乙烯醇(4wt％)、羧甲基纖維素(3wt％)、改性聚硅烷(3wt％)構(gòu)成的導(dǎo)電漿料溶液中。經(jīng)過(guò)真空狀態(tài)下先1000r/min混料1min，2500r/min混料2min，再超聲分散40min，即得到所述銅基導(dǎo)電漿料。制備所得漿料中納米銅填料均勻分散于溶劑中，可在大氣氣氛下穩(wěn)定放置數(shù)天不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降或分離現(xiàn)象。

2、采用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，工藝流程類似于實(shí)施例1，通過(guò)凹版印刷技術(shù)，將本實(shí)施例制備得到的銅基導(dǎo)電漿料印刷在待封裝的芯片銅柱上，經(jīng)過(guò)175℃、20MPa、10min的熱壓鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其中，該方法包括以下步驟：

1、銅基導(dǎo)電漿料的制備：采用還原法制備出粒徑為140nm的球形銅顆粒作為填料，將經(jīng)過(guò)稀硝酸處理的納米銅顆粒(75wt％)，分散于由二甲苯(11wt％)、阿拉伯膠(6wt％)、羥丙基甲基纖維素(4wt％)、三甘醇單丁醚(4wt％)構(gòu)成的導(dǎo)電漿料溶液中，其中，納米銅顆粒和導(dǎo)電漿料溶液的質(zhì)量比為1:3。經(jīng)過(guò)真空狀態(tài)下先2000r/min混料3min，4000r/min混料1min，再超聲分散20min，即得到所述銅基導(dǎo)電漿料。制備所得漿料中納米銅填料均勻分散于溶劑中，可在大氣氣氛下穩(wěn)定放置數(shù)天不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降或分離現(xiàn)象。

2、采用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，工藝流程類似于實(shí)施例1，通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，將銅導(dǎo)電漿料印刷在待封裝的芯片銅柱上，經(jīng)過(guò)60℃、150kHz、10MPa、45min的熱超聲鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供了一種芯片封裝銅銅鍵合的方法，其中，該方法包括以下步驟：

1、銅基導(dǎo)電漿料的制備：采用固相法制備出粒徑為200nm的球形銅顆粒作為填料，將經(jīng)過(guò)稀硫酸處理的納米銅顆粒(50wt％)，分散于由異丙醇(35wt％)、十六烷基三甲基溴化銨(8wt％)、乙基纖維素(3wt％)、丙二醇丁醚(4wt％)構(gòu)成的導(dǎo)電漿料溶液中。經(jīng)過(guò)真空狀態(tài)下5000r/min混料2min，再超聲分散60min，即得到銅基導(dǎo)電漿料。制備所得漿料中納米銅填料均勻分散于溶劑中，可在大氣氣氛下穩(wěn)定放置數(shù)天不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降或分離現(xiàn)象。

2、采用上述銅基導(dǎo)電漿料的芯片封裝銅銅鍵合方法，工藝流程類似于實(shí)施例1，通過(guò)凸版印刷技術(shù)，將銅導(dǎo)電漿料印刷在待封裝的芯片銅柱上，在室溫下，經(jīng)過(guò)200kHz、16MPa、60min的鍵合工藝，實(shí)現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

最后，申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工藝，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工藝，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工藝才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。