技术摘要：
本发明提供了一种纳米焊膏、其制备方法及焊接方法。本发明提供的纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分：纳米铜粉10％～80％；碳化硅粉/氮化镓粉10％～80％；成型助剂10％～20％；所述成型助剂包括增稠剂和溶剂。本发明提供的纳米焊膏中，将纳米铜粉、碳化硅粉/氮化 全部
背景技术：
随着对宽禁带半导体材料研究的逐步深入以及关制备技术的不断发展，电力电子 技术已经成为当下全世界研究的重点方向之一，对国民经济有着重要的支撑作用，在航空 航天、汽车电子、绿色能源等领域都起着至关重要的作用。然而，随着技术的发展，各应用领 域也对电力电子器件提出了更高的要求，如更高的工作频率、更高的器件功率以及更高的 工作温度等，使得器件的封装、模块集成的散热与可靠性成为当下技术发展与应用的主要 瓶颈。其中，基于碳化硅材料和基于氮化镓的器件尤为重要。而针对高导热、高可靠性的需 求，传统焊料键合已经无法满足，新型的高导热高可靠性的焊接技术亟待开发。 目前，使用纳米焊膏进行烧结的技术取得了较大的进展。其中，使用纳米银焊膏的 烧结技术已经有较为深入的研究，但由于其成本太过高昂，尚未被业界所接受与广泛使用。 而使用纳米铜进行替代，在焊接时原位还原，可以大幅降低材料成本。然而，铜和碳化硅/氮 化镓焊接时，在高温应用的过程中会产生应力，导致焊接失效；同时，在使用纳米焊膏焊接 的过程中，容易在焊接层形成空洞，降低焊接质量。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米焊膏、其制备方法及焊接方法。本发明 提供的纳米焊膏能够将铜基板与碳化硅/氮化镓试料实现低应力焊接，减少高温应力下的 失效问题，提高器件可靠性，同时，还能够降低焊接界面的孔隙率。 本发明提供了一种纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分： 纳米铜粉 10％～80％； 碳化硅粉/氮化镓粉 10％～80％； 成型助剂 10％～20％； 所述成型助剂包括增稠剂和溶剂。 优选的，所述碳化硅粉/氮化镓粉的粒径＜1μm。 优选的，所述增稠剂选自环氧树脂、乙基纤维素、聚甲基丙烯酸和甲氧基聚乙二醇 中的一种或几种。 优选的，所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇乙酸酯、乙二醇单乙醚和乙二醇单丁醚 中的一种或几种； 所述成型助剂中，以质量份计，增稠剂的含量为15～25份，溶剂的含量为50～80 份。 优选的，所述成型助剂以质量份计，包括以下组分： 3 CN 111604617 A 说 明 书 2/9 页 优选的，所述纳米铜粉的粒径为20～200nm； 所述碳化硅粉/氮化镓粉的粒径为20～200nm。 本发明还提供了一种上述技术方案中所述的纳米焊膏的制备方法，包括以下步 骤： a)在保护性气体条件下，将碳化硅粉/氮化镓粉和纳米铜粉混合，得到混合粉； b)在保护性气体条件下，将所得混合粉与成型助剂混合，得到纳米焊膏。 优选的，所述步骤a)中的混合为高速搅拌混合，速率为50～500rpm，混合时间为1 ～10min； 所述步骤b)中的混合为高速搅拌混合，速率为50～500rpm。 本发明还提供了一种焊接方法，包括以下步骤： S1)在基板表面涂覆纳米焊膏，将碳化硅试件/氮化镓试件置于所述纳米焊膏上， 得到待焊接件； S2)在甲酸气体条件下，对所述待焊接件进行热压焊接，得到焊接件； 所述纳米焊膏为上述技术方案中所述的纳米焊膏或上述技术方案中所述的制备 方法制得的纳米焊膏。 优选的，所述基板为铜基板或表面为铜金属层的基板； 所述甲酸气体为加热至100～300℃的气体； 所述热压焊接的热压温度为200～800℃，热压压力＞0.5MPa，热压时间＞5min。 本发明提供了一种纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分：纳米铜粉10％～ 80％；碳化硅粉/氮化镓粉10％～80％；成型助剂10％～20％；所述成型助剂包括增稠剂和 溶剂。本发明提供的纳米焊膏中，将纳米铜粉、碳化硅粉/氮化镓粉以一定比例搭配，再借助 成型助剂溶合，应用于碳化硅/氮化镓试件的焊接中，能够提高焊接后的剪切强度，减小试 件与基板在高温下的热应力失配，提高其热稳定性；同时，还能够有效降低焊接界面的孔隙 率，提高焊接质量。 试验结果表明，利用本发明提供的纳米焊膏对碳化硅试件/氮化镓试件焊接，所得 焊件在500℃高温环境下退火10小时后，剪切强度仍保持在10MPa以上，克服了高温下易产 生应力而失效的问题，表现出优异的可靠性；对经剪切强度测试后的试样测试孔隙率，显示 焊接界面的孔隙率≤30％，有效降低了焊接孔隙率，提高了焊接质量。其中，当原料配比处 于优选范围内时(即纳米铜粉50％～80％，碳化硅粉/氮化镓粉10％～40％，成型助剂 10％)，焊件的剪切强度进一步提升，孔隙率进一步降低，其剪切强度提升至15MPa以上，孔 隙率降低至25％以下。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 4 CN 111604617 A 说 明 书 3/9 页 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 图1为本发明实施例1中焊膏的制备流程示意图；其中，图1a为原料示意图，图1b为 粉体混合示意图，图1c为粉-液混合示意图； 图2为本发明实施例1中焊接流程示意图。
本发明提供了一种纳米焊膏、其制备方法及焊接方法。本发明提供的纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分：纳米铜粉10％～80％；碳化硅粉/氮化镓粉10％～80％；成型助剂10％～20％；所述成型助剂包括增稠剂和溶剂。本发明提供的纳米焊膏中，将纳米铜粉、碳化硅粉/氮化 全部
背景技术：
随着对宽禁带半导体材料研究的逐步深入以及关制备技术的不断发展，电力电子 技术已经成为当下全世界研究的重点方向之一，对国民经济有着重要的支撑作用，在航空 航天、汽车电子、绿色能源等领域都起着至关重要的作用。然而，随着技术的发展，各应用领 域也对电力电子器件提出了更高的要求，如更高的工作频率、更高的器件功率以及更高的 工作温度等，使得器件的封装、模块集成的散热与可靠性成为当下技术发展与应用的主要 瓶颈。其中，基于碳化硅材料和基于氮化镓的器件尤为重要。而针对高导热、高可靠性的需 求，传统焊料键合已经无法满足，新型的高导热高可靠性的焊接技术亟待开发。 目前，使用纳米焊膏进行烧结的技术取得了较大的进展。其中，使用纳米银焊膏的 烧结技术已经有较为深入的研究，但由于其成本太过高昂，尚未被业界所接受与广泛使用。 而使用纳米铜进行替代，在焊接时原位还原，可以大幅降低材料成本。然而，铜和碳化硅/氮 化镓焊接时，在高温应用的过程中会产生应力，导致焊接失效；同时，在使用纳米焊膏焊接 的过程中，容易在焊接层形成空洞，降低焊接质量。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米焊膏、其制备方法及焊接方法。本发明 提供的纳米焊膏能够将铜基板与碳化硅/氮化镓试料实现低应力焊接，减少高温应力下的 失效问题，提高器件可靠性，同时，还能够降低焊接界面的孔隙率。 本发明提供了一种纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分： 纳米铜粉 10％～80％； 碳化硅粉/氮化镓粉 10％～80％； 成型助剂 10％～20％； 所述成型助剂包括增稠剂和溶剂。 优选的，所述碳化硅粉/氮化镓粉的粒径＜1μm。 优选的，所述增稠剂选自环氧树脂、乙基纤维素、聚甲基丙烯酸和甲氧基聚乙二醇 中的一种或几种。 优选的，所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇乙酸酯、乙二醇单乙醚和乙二醇单丁醚 中的一种或几种； 所述成型助剂中，以质量份计，增稠剂的含量为15～25份，溶剂的含量为50～80 份。 优选的，所述成型助剂以质量份计，包括以下组分： 3 CN 111604617 A 说 明 书 2/9 页 优选的，所述纳米铜粉的粒径为20～200nm； 所述碳化硅粉/氮化镓粉的粒径为20～200nm。 本发明还提供了一种上述技术方案中所述的纳米焊膏的制备方法，包括以下步 骤： a)在保护性气体条件下，将碳化硅粉/氮化镓粉和纳米铜粉混合，得到混合粉； b)在保护性气体条件下，将所得混合粉与成型助剂混合，得到纳米焊膏。 优选的，所述步骤a)中的混合为高速搅拌混合，速率为50～500rpm，混合时间为1 ～10min； 所述步骤b)中的混合为高速搅拌混合，速率为50～500rpm。 本发明还提供了一种焊接方法，包括以下步骤： S1)在基板表面涂覆纳米焊膏，将碳化硅试件/氮化镓试件置于所述纳米焊膏上， 得到待焊接件； S2)在甲酸气体条件下，对所述待焊接件进行热压焊接，得到焊接件； 所述纳米焊膏为上述技术方案中所述的纳米焊膏或上述技术方案中所述的制备 方法制得的纳米焊膏。 优选的，所述基板为铜基板或表面为铜金属层的基板； 所述甲酸气体为加热至100～300℃的气体； 所述热压焊接的热压温度为200～800℃，热压压力＞0.5MPa，热压时间＞5min。 本发明提供了一种纳米焊膏，以质量百分比计，包括以下组分：纳米铜粉10％～ 80％；碳化硅粉/氮化镓粉10％～80％；成型助剂10％～20％；所述成型助剂包括增稠剂和 溶剂。本发明提供的纳米焊膏中，将纳米铜粉、碳化硅粉/氮化镓粉以一定比例搭配，再借助 成型助剂溶合，应用于碳化硅/氮化镓试件的焊接中，能够提高焊接后的剪切强度，减小试 件与基板在高温下的热应力失配，提高其热稳定性；同时，还能够有效降低焊接界面的孔隙 率，提高焊接质量。 试验结果表明，利用本发明提供的纳米焊膏对碳化硅试件/氮化镓试件焊接，所得 焊件在500℃高温环境下退火10小时后，剪切强度仍保持在10MPa以上，克服了高温下易产 生应力而失效的问题，表现出优异的可靠性；对经剪切强度测试后的试样测试孔隙率，显示 焊接界面的孔隙率≤30％，有效降低了焊接孔隙率，提高了焊接质量。其中，当原料配比处 于优选范围内时(即纳米铜粉50％～80％，碳化硅粉/氮化镓粉10％～40％，成型助剂 10％)，焊件的剪切强度进一步提升，孔隙率进一步降低，其剪切强度提升至15MPa以上，孔 隙率降低至25％以下。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 4 CN 111604617 A 说 明 书 3/9 页 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 图1为本发明实施例1中焊膏的制备流程示意图；其中，图1a为原料示意图，图1b为 粉体混合示意图，图1c为粉-液混合示意图； 图2为本发明实施例1中焊接流程示意图。
