两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉及其制备方法与制备铜膏的应用

技术领域

本发明涉及铜膏用铜粉，具体涉及一种两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉及其制备方法与制备铜膏的应用；该铜膏适用于功率芯片和功率器件封装材料技术领域。

背景技术

随着电动汽车、5G通信、航空航天、工业自动化和新能源等领域对高性能、高可靠性能源转换和高频率操作需求的不断增长，功率半导体在电力转换和高效能源利用方面的作用愈来愈重要。然而，传统硅基半导体器件在高温、高压和高频等严苛条件下的表现逐渐显现出局限性。第三代半导体材料，如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，以其高频率、高功率、高耐温性以及更低的能量损耗的优异特性，正在逐步引领功率半导体技术的新发展。

第三代半导体材料和器件的出现对封装材料提出了更高的要求，然而传统的封装材料无法满足封装后结构高温服役的苛刻要求。目前，用于大功率器件封装的纳米银膏低温烧结技术已得到广泛研究和应用，但烧结银接头电子迁移和离子迁移率高，易导致芯片或器件中小间距银互连接头产生短路而发生故障；同时银价格昂贵，极大限制了纳米银膏在大功率器件封装的应用。由于铜的价格约为银价格的百分之一，且具有较好的导电导热和较强的抗电迁移和离子迁移能力，因此纳米铜膏烧结互连技术因其巨大发展潜力和广阔的应用前景受到了众多研究者的关注。

目前大多采用单一尺度粒径的铜粉来制备铜膏，单一尺度粒径的铜粉制备的铜膏中颗粒间存在较多的空隙，导致烧结后烧结体内部空隙较多，致密度较低。研究人员大都将独立的纳米铜粉与微米铜粉进行机械混合以提高铜粉的堆积密度，以实现铜膏烧结后具有较高的致密度。然而这一方法需单独准备两种或更多粒径的铜粉，增加了制备工艺的复杂性，且容易造成两种尺度粉末混合不均匀的问题。此外，铜易发生氧化，生成的氧化物阻碍颗粒间原子扩散和烧结，恶化互连接头性能，使得铜膏难以在低于200℃的较低温度下形成可靠互连接头。为获得致密的烧结组织和高强度的互连接头，烧结过程中需施加较大的压力，这会显著提高工艺复杂性和生产成本，甚至对功率芯片造成损伤。

中国发明专利CN109926577B公开了一种可用于低温烧结并可获得低孔隙率的铜膏。该铜膏包括：球状铜颗粒，片状铜颗粒，片状铟颗粒和高链接树脂；两种铜颗粒占比80％以上，铟颗粒占比在10–20％之间，高链接树脂占比在0–10％之间。该铜膏膏体在无压情况下，烧结温度可低至180–250℃左右，烧结后致密度达到95％以上。该铜膏添加了10–20％的铟颗粒，有利于降低烧结温度，但其价格高昂，实用性有限，难以大规模应用。

中国发明专利CN 114054746 B公开了粒径呈纳米至微米三峰分布铜粉末，由粒径分别为5–15nm的纳米颗粒铜粉、120–210nm的亚微米颗粒铜粉和1–2μm的微米片铜粉组成；其亚微米颗粒铜粉和微米片铜粉表面包覆纳米颗粒铜粉。该技术的铜粉末由还原剂与反应液在80–100℃搅拌下反应，反应产物经离心后清洗所得；反应液由铜盐、有机酸和有机胺形成的复合分散剂与乙二醇混合所得。但从该专利的说明书描述以及附图1可见明显看出，三峰分布铜粉末中纳米颗粒铜粉包覆在亚微米颗粒铜粉和微米片铜粉表面，而亚微米颗粒铜粉并未包覆在微米片铜粉表面，尤其是易于烧结的小纳米颗粒铜粉的含量较少，纳米颗粒铜粉无论在亚微米颗粒铜粉表面还是在微米片铜粉表面都较少，没有形成致密包覆，形成的铜粉整体堆积密度低，导致其对于功率芯片封装的界面结合能力较差，因而该专利技术主要应用于柔性基板的直接印刷电路，而难以应用在功率芯片和功率器件封装中。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种两步工艺一次即可制得，重复性好，成本低，有利于规模化生产的致密堆积且粒径呈三峰分布的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉及其制备方法。

本发明另一目的在于提供所述的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉在制备铜膏的应用，克服现有铜膏中难以在低温和无压的烧结条件下获得致密烧结组织和高强度互连接头的难题，同时简化了烧结工艺，该铜膏可以应用在功率芯片和功率器件封装中。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉，由长度为1–2μm的微米铜片以及直径为5–15nm和40–100nm两种粒径的纳米铜颗粒组成；其中微米铜片被两种粒径的纳米铜颗粒完整紧密包裹，且粒径5–15nm纳米的铜颗粒紧密地包覆在粒径40–100nm的纳米铜颗粒周围，三种铜粉呈现粒径三峰分布和颗粒致密堆积的团聚体。

所述的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉的制备方法：在反应釜内的第一预制液中加入弱还原剂，得初始反应液，在80–120℃温度下对初始反应液持续搅拌，得片状铜粉悬浮液；片状铜粉悬浮液中先加入强还原剂，再加入第二预制液，形成最终反应液，维持温度80–120℃持续搅拌，得到三种不同粒径铜粉悬浮液；冷却，离心，洗涤，得两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉；

所述的第一预制液由无机铜盐、有机酸、胺类化合物与多元醇溶剂混合，并在80–100℃温度下持续搅拌获得；

所述的第二预制液由有机铜盐、有机酸与多元醇溶剂混合，并在80–100℃温度下持续搅拌后获得；

优选地，所述的无机铜盐为碳酸铜、碱式碳酸铜、硫酸铜、氢氧化铜、氯化铜和三水合硝酸铜中的一种或多种；

所述的有机酸为草酸、甘氨酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、丙酸和油酸中的一种或多种；

所述的胺类化合物为油胺、乙二胺、甲醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺和二乙烯三胺中的一种或多种；

所述的多元醇溶剂为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇和正丙醇中的一种或多种；

所述的有机铜盐为乙酸铜、氨基酸铜、松脂酸铜、柠檬酸铜和络氨铜中的一种或多种。

优选地，第一预制液中，所述的无机铜盐的浓度为30–80g/L，有机酸和胺类化合物的总浓度为300–600g/L，其中有机酸与胺类化合物的质量浓度比为1:1–5:1；

第二预制液中，所述的有机铜盐的浓度为30–80g/L，有机酸的浓度为400–1200g/L。

优选地，所述弱还原剂为柠檬酸钠、次亚磷酸钠、亚磷酸钠、酒石酸钾、双氧水和葡萄糖中的一种或多种；

所述强还原剂为水合肼、硫酸肼、硼氢化钠、抗坏血酸和四丁基硼氢化铵中的一种或多种。

优选地，所述的弱还原剂在初始反应液中的浓度为400–800g/L；所述强还原剂在最终反应液中的浓度为200–500g/L。

优选地，在片状铜粉悬浮液、三种不同粒径铜粉悬浮液、第一预制液和第二预制液的制备中，持续搅拌的速率为400–600r/min，第一预制液和第二预制液的制备中搅拌的时间为5–20min，片状铜粉悬浮液制备的搅拌的时间为10–60min，三种不同粒径铜粉悬浮液制备的搅拌的时间为10–30min；

所述的冷却是冷却至室温；

所述的离心采用离心机对冷却后的反应产物以3000–6000r/min转速离心3–10分钟；

所述的洗涤是用乙醇、去离子水和丙酮中的一种或多种反复清洗2–5次。

所述的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉制备铜膏的应用。

优选地，将两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉与有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡后制成铜膏；所述的有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇、松油醇和聚乙二醇中的一种或多种。

优选地，所述的均匀搅拌是通过行星式重力搅拌机混合；

以质量百分比计，所述的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉占75–90％，有机溶剂占25–10％；

所述铜膏在制备烧结接头的应用：采用网版印刷方法印刷在下纯铜基板的表面，铜膏厚度为10–400μm，将功率芯片或功率器件放置在印刷好的铜膏表面并施加0–0.5MPa的贴片压力并保持压力作用1–5min，得到“芯片/铜膏/铜基板”三明治结构待烧结组装件；在氮气气氛且无压力辅助条件下，于160–240℃温度下烧结10–40min形成烧结接头。

相比现有技术，本发明的优势在于：

1)本发明中两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉由较大尺寸1–2μm的微米铜片以及较小尺寸5–15nm和40–100nm两种粒径的纳米铜颗粒组成；其中微米铜片被两种粒径的纳米铜颗粒紧密包裹，而粒径5–15nm纳米铜颗粒紧密地包覆在粒径40–100nm的纳米铜颗粒周围形成团聚体，铜粉整体呈现粒径三峰分布和致密堆积的特征。微米铜片作为增强“骨架”具有更高的强度、更优异的抗氧化性和稳定性；高表面能的纳米铜颗粒的烧结驱动力更大，具有良好的低温烧结性能；制备的铜粉中兼有微米铜片和纳米铜颗粒，可发挥两者优势，更重要的是大量的两种尺度纳米铜颗粒起到填充微米铜片间隙的效果，增加了铜粉结构的致密性，真正实现了完整的包覆，不留明显的空隙，保证两种尺度纳米铜颗粒经低温烧结扩散融合后将作为“骨架”的微米铜片连接起来，获得致密的烧结组织。保证本发明的铜粉适用于功率芯片和功率器件封装材料技术领域，在200℃低温无压烧结条件下烧结后互连接头的强度超过20MPa。

2)本发明由粒径三峰分布且颗粒致密堆积铜粉制成的铜膏可在氮气气氛中实现低温无压烧结而获得高强度互连接头。在利用该铜膏进行芯片烧结互连的过程中，吸附在铜粉表面的有机酸和铜膏中还原性醇类有机溶剂均可抑制铜粉氧化，无需引入还原性气氛，避免了还原性气氛(如甲酸)的使用及其对烧结设备的损害和人体健康安全的危害。同时，该铜粉中微米铜片和纳米铜颗粒之间的粒径差异很大，尺寸差异带来的驱动力使得纳米铜颗粒在微米铜片上快速融合，融合释放的表面能将引起烧结颈处局部温度升高，因而可实现低温快速烧结，烧结温度可低至200℃，大大降低电力能源成本。

3)本发明铜膏制备的烧结过程中无需施加压力，可进一步大大简化烧结工艺和降低生产成本。

4)本发明采用两步工艺一次合成方法制备了三种不同粒径且颗粒致密堆积的铜粉。该铜粉此两步工艺一次合成方法先制备出含有微米片状铜粉的悬浮液，然后在微米片状铜粉上形核生长两种尺寸的纳米铜颗粒最终得到具有粒径三峰分布和颗粒致密堆积的铜粉，该工艺简单、制备效率高、重复性好。相比于传统的不同粒径铜粉的机械混合方法和一步工艺合成法，两步工艺一次合成方法能实现铜粉比例精确调控以及确保铜粉更均匀分布且紧密堆积。

5)本发明可以根据需要通过调节铜盐、有机酸和胺类化合物的用量来调控铜粉的形状和粒径分布。当有机酸的含量较低时，胺类化合物对调控铜粉的形状和粒径分布起主要作用，其能与无机铜盐反应产生络合物，阻碍氧化还原反应的进行，并且胺类化合物对铜纳米晶表现出良好的选择性吸附作用，有助于促进微米铜片的生成。当有机酸的含量较高时，有机酸对调控铜粉的形状和粒径分布起主要作用，有机酸加快氧化还原反应速率，单位时间产生更多的铜晶核，有助于促进较小尺寸纳米颗粒的生成。

附图说明

图1为实施例1所制备的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图2为实施例1所制备的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉的透射电子显微镜(TEM)照片。

图3为实施例1所制备的铜膏烧结互连接头断口形貌的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图4为对比例2所制备的小尺寸铜粉末包裹铜微米片的扫描电子显微镜图(SEM)。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

相比中国发明专利CN 114054746 B的粒径呈纳米至微米三峰分布铜粉末，本发明的铜粉看似粒径相似，主要是120–210nm亚微米颗粒铜粉粒径不同于本发明40–100nm纳米颗粒铜粉；但实质的不同在于是纳米颗粒铜粉的数量，以及三种铜粉的组合方式；中国发明专利CN 114054746 B亚微米颗粒铜粉和微米片铜粉表面包覆纳米颗粒铜粉，纳米颗粒铜粉无论在亚微米颗粒铜粉表面还是在微米片铜粉表面都较少，没有形成致密包覆，形成的铜粉整体堆积密度低，导致其对于功率芯片封装的界面结合能力较差，因而该专利技术主要应用于柔性基板的直接印刷电路，而难以应用在功率芯片和功率器件封装中。而本发明三种不同粒径致密堆积铜粉由较大尺寸1–2μm的微米铜片以及较小尺寸5–15nm和40–100nm两种粒径的纳米铜颗粒组成；其中微米铜片被两种粒径的纳米铜颗粒紧密包裹，而粒径5–15nm纳米铜颗粒紧密地包覆在粒径40–100nm较大尺寸纳米铜颗粒周围形成团聚体，合成的铜粉整体呈现粒径三峰分布和致密堆积特征，本发明两种粒径的纳米铜颗粒铜粉真正实现对中微米铜片的完整包覆。

本发明上面两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉的制备方法是两步工艺一次合成，在同一反应釜内先进行较大尺度片状铜粉悬浮液制备并随后进行三种粒径铜粉悬浮液制备两个工艺步骤，离心清洗后得到三种不同粒径尺度特征的致密堆积铜粉。具体而言，两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉的制备方法是在反应釜内的第一预制液中加入弱还原剂，得初始反应液，在80–120℃温度下对初始反应液持续搅拌，得片状铜粉悬浮液；片状铜粉悬浮液中先加入强还原剂，再加入第二预制液，形成最终反应液，维持温度80–120℃持续搅拌，得到三种不同粒径铜粉悬浮液；冷却，离心，洗涤，得两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉；所述的第一预制液由无机铜盐、有机酸、胺类化合物与多元醇溶剂混合，并在80–100℃温度下持续搅拌获得；所述的第二预制液由有机铜盐、有机酸与多元醇溶剂混合，并在80–100℃温度下持续搅拌后获得。在该制备方法中，第一预制液和第二预制液的具体构成是本发明区别于现有技术的重要技术措施，至于其中的无机铜盐、有机酸、胺类化合物、多元醇溶剂与有机铜盐都可以是本领域技术人员根据发明目的选择和调节，具体说明如下：

该方法中第一预制液的制备可以适当参考中国发明专利CN 114054746 B的制备方法，主要是可以根据需要，通过调节铜盐、有机酸和胺类化合物的用量来调控铜粉的形状和粒径分布。当有机酸的含量较低时，胺类化合物对调控铜粉的形状和粒径分布起主要作用，其能与无机铜盐反应产生络合物，阻碍氧化还原反应的进行，并且胺类化合物对铜纳米晶表现出良好的选择性吸附作用，有助于促进微米铜片的生成。当有机酸的含量较高时，有机酸对调控铜粉的形状和粒径分布起主要作用，有机酸加快氧化还原反应速率，单位时间产生更多的铜晶核，有助于促进较小尺寸纳米颗粒的生成。虽然这是本发明制备方法中控制重要手段，但其具体结果形成的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉可以从其组成和包覆方式完整界定。

实施例1

1)将2g氢氧化铜、8g油酸和5g三异丙醇胺混合于40ml乙二醇溶液中，以600r/min的转动速率搅拌并加热至90℃后形成均匀混合的第一预制液，然后加入20g次亚磷酸钠，通过相同的转动速率持续搅拌进行反应20min后，获得含有微米片状铜粉的悬浮液。

2)在上述制备的悬浮液中按顺序先后倒入20g抗坏血酸和重新配制的由2g乙酸铜、25g油酸与40ml乙二醇混合形成的第二预制液，在温度不变和持续搅拌的条件下继续反应15min后冷却至室温，采用离心机对冷却后的反应产物以4000r/min转速离心3分钟，然后用乙醇反复清洗2次，得到粒径三峰分布且颗粒致密堆积的铜粉。如图1和图2所示，结合图像分析软件统计分析可知，该铜粉由较大尺寸1–2μm的微米铜片和较小尺寸5–15nm和40–100nm两种粒径的纳米铜颗粒组成；其中微米铜片被两种粒径的纳米铜颗粒紧密包裹，同时5–15nm纳米铜颗粒紧密地包覆在40–100nm的纳米铜颗粒周围形成团聚体，铜粉整体呈现粒径三峰分布且颗粒致密堆积的特征。本实施例获得的粒径三峰分布的铜粉是通过两步工艺一次性氧化还原方法合成，两种粒径的纳米铜颗粒紧密且均匀地将微米铜片包裹起来。

将聚乙二醇和丙三醇以1:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min使气泡逸出，得到用于配制铜膏的有机溶剂。随后采用行星式重力搅拌机将质量百分比为80％的所制粒径三峰分布且颗粒致密堆积铜粉与质量百分比为20％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡后制成铜膏。本发明这里的有机溶剂具有良好的还原性和粘附性；使铜粉均匀分散于铜膏中，并能调整铜膏的粘度、黏附性和印刷性能，具有较好的还原性能够抑制烧结过程中铜粉的氧化。下面实施例在铜膏制备中涉及的有机溶剂作用相同，不一一说明。

将纯铜基板浸泡在3vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘且干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为150μm的本实施例配制出的铜膏，随后将模拟功率芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.5MPa的压力，保压1min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中以10℃/min的速率升温至200℃并保温10min，保温结束后随炉冷却，最后制备出烧结完成后的互连接头。采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强为23.2MPa。采用扫描电子显微镜(SEM)对烧结互连接头断口进行形貌观察，如图3所示。从图3中可以清楚地观察到断口中出现大量的大块烧结铜组织，这是由于纳米铜颗粒快速烧结融合生长而将微米铜片连接起来，实现了良好的烧结连接，而且烧结组织中存在许多韧窝和明显的塑性变形痕迹，充分表明烧结互连接头具有良好的强度和塑性等力学性能。

本实施例所得两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉具有粒径三峰分布特征且颗粒致密堆积，其中大量的两种尺度纳米铜颗粒起到填充微米铜片之间的间隙的效果，增加了铜粉结构的致密性。两种尺度纳米铜颗粒经低温烧结融合后将作为“骨架”的微米铜片连接起来，获得致密的烧结组织。在本实施例中，在氮气气氛中200℃保温10min无压烧结后获得的烧结接头其剪切强度超过20MPa。

需要说明的是，本实施例所用的有机酸和配制铜膏的聚乙二醇和丙三醇均具有还原特性，能在烧结的过程中抑制铜颗粒的氧化，而且有机酸还能和铜氧化物反应，生成的有机酸铜在更高的温度下分解成极小纳米铜颗粒，进一步促进铜膏基体的烧结和烧结铜膏基体与芯片及纯铜基板的元素扩散，可以一定程度上提高烧结互连接头的性能，但核心作用是铜粉中两种尺度纳米铜颗粒对微米铜片的完整包覆。

此外，本实施例中采用的两种纳米粒径铜粉致密包覆微米铜片的铜粉制成的铜膏能够在低温无压力的烧结条件下获得高强度烧结互连接头，大大降低生产成本并避免对芯片的损伤。

实施例2

1)将2g碱式碳酸铜、9g柠檬酸和5g N,N-二甲基乙醇胺混合于40ml丙二醇溶液中，以400r/min的转率搅拌并加热至95℃后形成均匀混合的第一预制液，然后加入18g柠檬酸钠，采用相同的转速持续搅拌进行反应30min后，获得含有微米片状铜粉的悬浮液。

2)在上述制备的悬浮液中按顺序先后倒入22g硼氢化钠和重新配制的由2g柠檬酸铜、35g柠檬酸与40ml丙二醇混合形成的第二预制液，在温度不变和持续搅拌的条件下继续反应10min后冷却至室温，采用离心机对冷却后的反应产物以3000r/min转速离心10分钟，然后用丙酮反复清洗3次，得到粒径三峰分布且颗粒致密堆积的铜粉。

将乙二醇和丙二醇以3:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min以去除气泡，得到用于配制铜膏的有机溶剂。接着采用行星式重力搅拌机将质量百分比为75％的所制粒径三峰分布且颗粒致密堆积铜粉与质量百分比为25％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡后制成铜膏。

将纯铜基板浸泡在5vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘并干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为300μm的前述铜膏，随后将模拟芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.1MPa的压力，保压5min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中以10℃/min的速率升温至160℃并保温20min，保温结束后随炉冷却，最后制备出烧结完成后的互连接头。采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强为16.2MPa。

实施例3

1)将2g三水合硝酸铜、15g乳酸和5g三乙醇胺混合于40ml二乙二醇溶液中，以500r/min的转速搅拌并加热至85℃后形成均匀混合的第一预制液，加入18g亚磷酸钠，采用相同的转速持续搅拌进行反应20min后，获得含有微米片状铜粉的悬浮液。

2)在上述制备的悬浮液中按顺序先后倒入22g硫酸肼和重新配制的由2g络氨铜、30g乳酸与40ml二乙二醇混合形成的第二预制液，在温度不变和持续搅拌的条件下继续反应30min后冷却至室温，采用离心机对冷却后的反应产物以6000r/min转速离心5分钟，然后用去离子水反复清洗4次，得到粒径三峰分布且颗粒致密堆积的铜粉。

将乙二醇、丙二醇和丙三醇以1:1:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min以去除气泡，得到用于配制铜膏的有机溶剂。接着采用行星式重力搅拌机将质量百分比为85％的所制粒径三峰分布且颗粒致密堆积铜粉与质量百分比为15％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡制成铜膏。

将纯铜基板浸泡在5vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘并干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为200μm的前述铜膏，随后将模拟芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.1MPa的压力，保压5min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中以10℃/min的速率升温至240℃并保温10min，保温结束后随炉冷却，最后制备出烧结完成后的互连接头。采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强为26.7MPa。

实施例4

1)将2g氯化铜、15g甘氨酸和5g油胺混合于40ml正丙醇溶液中，以400r/min的转速搅拌并加热至90℃后形成均匀混合的第一预制液，加入20g葡萄糖，采用相同的转速持续搅拌进行反应50min后，获得含有微米片状铜粉的悬浮液。

2)在上述制备的悬浮液中按顺序先后倒入20g水合肼和重新配制的由2g氨基酸铜、40g甘氨酸与40ml正丙醇混合形成的第二预制液，在温度不变和持续搅拌的条件下继续反应20min后冷却至室温，采用离心机对冷却后的反应产物以5000r/min转速离心5分钟，然后用丙酮反复清洗5次，得到粒径三峰分布且颗粒致密堆积的铜粉。

将松油醇和二乙二醇以2:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min以去除气泡，得到用于配制铜膏的有机溶剂。接着采用行星式重力搅拌机将质量百分比为80％的所制粒径三峰分布且颗粒致密堆积铜粉与质量百分比为20％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡制成铜膏。

将纯铜基板浸泡在3vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘并干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为100μm的前述铜膏，随后将模拟芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.5MPa的压力，保压1min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中以10℃/min的速率升温至180℃并保温30min，保温结束后随炉冷却，最后制备出烧结完成后的互连接头。采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强为18.3MPa。

对比例1

通过对含有微米铜片的悬浮液进行离心清洗制备非致密性包裹的片状铜粉：将2g氢氧化铜、8g油酸和5g三异丙醇胺混合于40ml乙二醇溶液中，以600r/min的转动速率搅拌并加热至90℃后形成均匀混合的预制液，加入20g次亚磷酸钠，通过相同的转速持续搅拌进行反应20min后冷却至室温，采用离心机对冷却后的反应产物以4000r/min转速离心3分钟，然后用乙醇反复清洗2次，制备获得非致密性包裹的片状铜粉，其中小纳米铜颗粒的粒径为5–15nm，微米铜片的粒径为1–2μm。

将聚乙二醇和丙三醇以1:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min以去除气泡，得到用于配制铜膏的有机溶剂。接着采用行星式重力搅拌机将质量百分比为80％的所制非致密性包裹的片状铜粉与质量百分比为20％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡制成铜膏。

将纯铜基板浸泡在3vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘并干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为150μm的前述铜膏，随后将模拟芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.5MPa的压力，保压1min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结的组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中，以10℃/min的速率升温至200℃并保温10min，保温结束后随炉冷却，检查发现制备出的烧结互连接头基本没有发生界面结合，采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强仅为0.3MPa。

对比例1与实施例1相比，包裹在微米铜片表面的纳米铜颗粒数量明显减少，铜粉的初始堆积密度低，导致烧结过程不充分，烧结组织不够致密。具有较高的烧结驱动力的纳米铜颗粒数量的减少导致铜膏与芯片和纯铜基板之间扩散驱动力的减弱，最终导致烧结接头中难以实现良好的冶金连接。

对比例2

该对比例完全按照中国发明专利CN 114054746 B实施例1提供。

制备粒径呈纳米至微米三峰分布特征的铜粉。将2g乙酸铜、10g乳酸与6g三乙醇胺加入40ml乙二醇溶液中，作为反应液；将上述反应液加热至85℃后，向其加入20g次磷酸钠，并以600rpm的速率搅拌溶解；反应10min后，在用离心机以4000rpm的转速离心，再用乙醇离心清洗两次，得到具有包覆结构的三峰粒径分布铜粉，其中纳米铜颗粒的粒径为5–9nm，亚微米铜颗粒的粒径为120–180nm，微米铜片的粒径为1–2μm。

将聚乙二醇和丙三醇以1:1的质量比混合，经过充分搅拌后，静置30min以去除气泡，得到用于配制铜膏的有机溶剂。接着采用行星式重力搅拌机将质量百分比为80％的所制铜粉与质量百分比为20％的有机溶剂进行均匀搅拌并脱泡制成铜膏。

将纯铜基板浸泡在3vol.％稀硫酸溶液中2min，随后用乙醇清洗纯铜基板并用无尘布仔细擦拭，确保基板表面干净无尘并干燥后备用。接着使用网版在纯铜基板上印刷出厚度为150μm的前述铜膏，随后将模拟芯片贴放在印刷好的铜膏上，施加0.5MPa的压力，保压1min，确保模拟芯片与印刷铜膏和纯铜基板充分紧密接触，制备出待烧结的组装件。接着将待烧结组装件放置在烧结炉中，在氮气气氛中，以10℃/min的速率升温至200℃并保温10min，保温结束后随炉冷却，检查发现制备出的烧结互连接头没有发生界面结合，采用力学性能试验机测得烧结互连接头的剪切强为0MPa。

图4为中国发明专利CN 114054746 B实施例1所得小尺寸铜粉末包裹铜微米片的扫描电子显微镜图(SEM)。对比图1和图4可明显看出，对比例2与实施例1相比，铜粉中含有微米铜片、亚微米铜颗粒和纳米铜颗粒，而亚微米铜颗粒并未包覆在微米铜片表面，且易于烧结的包裹在微米铜片表面的小纳米铜颗粒数量较少，形成的铜粉整体堆积密度低，导致烧结组织不够致密。同时较少的具有较高烧结驱动力的纳米铜颗粒使得铜膏与芯片和纯铜基板之间的界面结合能力较差，不能实现冶金连接。因而对比例2所得的铜粉不能用于功率芯片和功率器件封装。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。