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上作凸點，然后將芯片倒扣于基板以將凸點與基板間進行連接，以同時實現(xiàn)電氣和機械連接。凸點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。在倒裝芯片封裝過程中，凸點的形成和鍵合是其工藝過程的關(guān)鍵。

由于環(huán)境保護等因素的影響，目前倒裝芯片的回流焊倒裝多采用Sn/Ag焊料，凸點通常通過刻蝕、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，能更進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，通過較高的鍵合壓力和溫度保證芯片與基板的接觸，促進銅原子的擴散，以實現(xiàn)鍵合。該鍵合方式可提供內(nèi)在的互連和優(yōu)異的連接強度，并且工藝簡單，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，并且可能會引入較高的熱應(yīng)力和熱變形，甚至損傷元器件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述的缺點和不足，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，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)處理為采用酸對納米銅顆粒進行表面處理；

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，采用酸對納米銅顆粒進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)明對所用酸濃度及處理時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)場作業(yè)需要選擇合適的酸濃度及處理時間，只要可以實現(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)速的組合進行混料，混料時間為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)低溫鍵合工藝進行三維芯片封裝的銅銅鍵合，以實現(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的低熔點性能，促進銅銅界面在較低溫度(室溫～300℃)和較小壓力(0.1～20MPa)下進行鍵合，并可以有效保證鍵合強度和效率，實現(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、提高鍵合強度和效率，所以該工藝方法具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢和前景。

附圖說明

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)號說明：

1—芯片、2—銅柱、3—基板、4—銅基導(dǎo)電漿料。

具體實施方式

為了對本發(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)合以下具體實施例及說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例1

本實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)天不會發(fā)生團聚、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300℃、5MPa、10min的熱壓鍵合工藝，以實現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)(如圖1c所示)。

實施例2

本實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)天不會發(fā)生團聚、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，工藝流程類似于實施例1，通過平板印刷技術(shù)，將銅基導(dǎo)電漿料印刷在待封裝的芯片銅柱上，經(jīng)過室溫下，8MPa、30kHz、22min的熱超聲鍵合工藝，實現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實施例3

本實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)天不會發(fā)生團聚、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，工藝流程類似于實施例1，通過凹版印刷技術(shù)，將本實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175℃、20MPa、10min的熱壓鍵合工藝，實現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實施例4

本實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)天不會發(fā)生團聚、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，工藝流程類似于實施例1，通過絲網(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60℃、150kHz、10MPa、45min的熱超聲鍵合工藝，實現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

實施例5

本實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)天不會發(fā)生團聚、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，工藝流程類似于實施例1，通過凸版印刷技術(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200kHz、16MPa、60min的鍵合工藝，實現(xiàn)芯片與基板之間的互聯(lián)。

最后，申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細結(jié)構(gòu)和工藝，但本發(fā)明并不局限于上述詳細結(jié)構(gòu)和工藝，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細結(jié)構(gòu)和工藝才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，對本發(fā)明的任何改進，對本發(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)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。