烧结材料及其制备方法、柔性烧结电感的制作方法以及双层柔性烧结电感的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种烧结材料及其制备方法、柔性烧结电感的制作方法以及双层柔性烧结电感的制作方法。

背景技术

柔性电感是一种具有弯曲和可伸缩性能的电感器件。它与传统的硬性电感相比具有更高的灵活性和适应性，在许多应用领域中发挥重要作用。可以被整合到柔性底板或基底材料上，以满足各种复杂形状和曲面的要求，用于如柔性电子显示屏、可穿戴设备、智能衣物的制造等。柔性电感也可以在无线通信系统中用作天线的一部分。它们可以用于接收和传输无线信号，如蓝牙、无线网络(Wi-Fi)、射频识别(RFID)等。柔性电感的可弯曲性和可伸缩性使得它们能够适应各种不同形状和尺寸的设备。同时，柔性电感可以用于电力管理应用，如电源适配器、充电器和电池管理系统。它们可以在电路中实现电能的存储和转换，帮助实现高效的能源管理和稳定的电力传输。此外，柔性电感可以用作感应器和传感器的组成部分。通过测量电感的变化，可以检测和测量各种物理量，如位移、压力、拉伸、应变等。这使得柔性电感在健康监测、运动追踪、环境监测等领域有广泛的应用。

总之，柔性电感的使用背景主要涉及柔性电子设备、无线通信、电力管理和传感器应用。随着柔性电子技术的不断发展，柔性电感有望在更多领域中发挥关键作用，并推动新的创新应用的出现。但是，现有的技术需要通过金属蒸镀，电化学镀等方式来实现在柔性基板上的金属化，对柔性衬底的耐受能力提出了要求。相应的工艺条件较为严苛，成本也相对较高。

因此，如何简化柔性烧结电感制作工艺的步骤，降低工艺成本，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何简柔性烧结电感制作工艺的步骤，降低工艺成本，提供一种烧结材料及其制备方法、以及柔性烧结电感的制作方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种烧结材料，包括铜粒子、银粒子及分散液，所述铜粒子及银粒子分散于所述分散液中，其中，铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为75％～90％。

为了解决上述问题，本发明提供了一种烧结材料的制备方法，包括如下步骤：提供铜粒子、银粒子及分散液；将铜粒子及银粒子加入所述分散液并初步混合，其中，铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为75％～90％；采用混合器做混合处理，获得所述烧结材料。

为了解决上述问题，本发明提供了一种柔性烧结电感的制作方法，包括如下步骤：提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料采用本发明所述的烧结材料；将所述烧结材料涂布至所述柔性基板上形成线圈；烧结所述柔性基板；冷却获得柔性烧结电感。

为了解决上述问题，本发明提供了双层柔性烧结电感的制作方法，包括如下步骤：提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料为本发明所述的烧结材料；将所述烧结材料涂布至所述柔性基板表面，形成两个螺旋方向相反的线圈；烧结所述柔性基板，获得两个柔性烧结电感；将两个所述柔性烧结电感相对放置并通过灌封材料及电感材料进行灌封；实现两个所述柔性烧结电感的导电互联并引出导线，得到双层柔性烧结电感。

上述技术方案通过采用铜粒子和银粒子混合的烧结材料，简化了柔性烧结电感制作工艺的步骤，降低了工艺成本，改善了柔性烧结电感不易工艺集成的问题。通过上述技术方案获得的柔性烧结电感采用烧结工艺制造，可以在柔性基板上灵活地进行弯曲、折叠和拉伸，从而适应各种复杂形状和尺寸的设备，进而可以轻松地整合到柔性电子设备中。同时，柔性烧结电感可以与其他柔性元件一起集成到同一柔性基板上，实现多功能的柔性电子系统。通过在同一柔性基板上集成电感、电容、电阻等元件，可以实现更紧凑、轻量化的设计，提高系统的整体性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明所述烧结材料的制备方法的一实施例的步骤流程图。

图2为本发明所述柔性烧结电感的制作方法的一实施例的步骤流程图。

图3为本发明所述烧结材料的涂布测试的一实施例的线条的结构示意图。

图4为本发明所述烧结材料涂布至所述柔性基板的一实施例的线圈的结构图。

图5为本发明所述双层柔性烧结电感的制作方法的一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有的烧结铜膏和烧结银膏在应用于水面/海面场景功率模块中易出现被高湿度空气中硫化氢腐蚀的技术问题，本发明提供了一种烧结材料，所述烧结材料包括铜粒子、银粒子及分散液，所述铜粒子及银粒子分散于所述分散液中，其中，铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为75％～90％。在一些实施例中，所述铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为86％。在其他实施例中，所述铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例还可以为75％或90％。

在一些实施例中，所述铜粒子和银粒子的形状为片状或球形颗粒，粒径在0.1微米～2微米。在本实施例中，所述铜粒子为片状，所述银粒子为球形；所述铜粒子与银粒子的粒径均为1微米。在其他的实施例中，述铜粒子与银粒子的粒径还可以为0.1微米、0.5微米、1.5微米或2微米。

在一些实施例中，所述分散液选自于醇基溶剂或树脂基溶剂的至少一种；所述醇基溶剂包括甲酸铜、醋酸铜、松油醇、异丙醇、乙二醇、异丁醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、醋酸、抗坏血酸、柠檬酸、己酸、乙二醇胺、己胺、辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二胺、2-乙基己胺中的两种或以上物质；所述树脂基溶剂包括甲酸铜、醋酸铜、松油醇、异丙醇、乙二醇、异丁醇、环氧树脂及其固化剂、醋酸、抗坏血酸、柠檬酸、己酸、乙二醇胺、己胺、辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二胺、2-乙基己胺中的两种或以上物质。其中甲酸铜，醋酸铜作为铜盐与还原剂配合具有原位生成纳米互连的作用，松油醇，异丙醇，乙二醇，异丁醇有分散稀释效果，聚乙烯醇或聚乙二醇有粘合效果，醋酸，抗坏血酸，柠檬酸，己酸，或乙二醇胺，己胺，辛胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇，乙二胺，2-乙基己胺有去表面氧化并原位还原铜盐的效果，可以与铜盐配合微量添加。在本实施例中，所述分散液包括松油醇、聚乙二醇以及抗坏血酸，且所述松油醇、聚乙二醇以及抗坏血酸的质量比为5：8：1。

上述技术方案中包含铜粒子和银粒子混合的烧结材料，可用于柔性烧结电感制作工艺中，以简化柔性烧结电感制作工艺的步骤，降低工艺成本，改善柔性烧结电感制作不易工艺集成的问题。

请参阅图1，其为本发明所述烧结材料的制备方法的一实施例的步骤流程图。如图1所示，所述烧结材料的制备方法包括如下步骤：步骤S11，提供铜粒子、银粒子及分散液；步骤S12，将铜粒子及银粒子加入分散液并初步混合，其中，铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为75％～90％；步骤S13，采用混合器做混合处理，获得所述烧结材料。

请参考步骤S11，提供铜粒子、银粒子及分散液。在一些实施例中，所述铜粒子和银粒子的形状为片状或球形，粒径在0.1微米～2微米。所述分散液选自于醇基溶剂或树脂基溶剂的至少一种。在本实施例中，所述铜粒子的形状为片状，所述银粒子的形状为球形；所述铜粒子与银粒子的粒径均为1微米。在其他的实施例中，述铜粒子与银粒子的粒径还可以为0.1微米、0.5微米、1.5微米或2微米。

在一些实施例中，所述分散液选自于醇基溶剂或树脂基溶剂的至少一种；所述醇基溶剂包括甲酸铜、醋酸铜、松油醇、异丙醇、乙二醇、异丁醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、醋酸、抗坏血酸、柠檬酸、己酸、乙二醇胺、己胺、辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二胺、2-乙基己胺中的两种或以上物质；所述树脂基溶剂包括甲酸铜、醋酸铜、松油醇、异丙醇、乙二醇、异丁醇、环氧树脂及其固化剂、醋酸、抗坏血酸、柠檬酸、己酸、乙二醇胺、己胺、辛胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二胺、2-乙基己胺中的两种或以上物质。其中甲酸铜，醋酸铜作为铜盐与还原剂配合具有原位生成纳米互连的作用，松油醇，异丙醇，乙二醇，异丁醇有分散稀释效果，聚乙烯醇或聚乙二醇有粘合效果，醋酸，抗坏血酸，柠檬酸，己酸，或乙二醇胺，己胺，辛胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇，乙二胺，2-乙基己胺有去表面氧化并原位还原铜盐的效果，可以与铜盐配合微量添加。在本实施例中，所述分散液包括松油醇、聚乙二醇以及抗坏血酸，且所述松油醇、聚乙二醇以及抗坏血酸的质量比为5：8：1。

请参考步骤S12，将铜粒子及银粒子加入分散液并初步混合，其中，铜粒子与银粒子的质量之和占烧结材料总重量的比例为75％～90％。在一些实施例中，初步混合的步骤采用三辊机混合或采用玛瑙研钵混合，混合时间不少于30分钟，混合温度小于60℃。在本实施例中，加入的铜粒子和银粒子的质量分数之和为86％，所述分散液的质量分数为14％。在其他实施例中，加入的铜粒子和银粒子的质量分数之和还可以为75％或90％。

请参考步骤S13，采用混合器做混合处理，获得所述烧结材料。在一些实施例中，采用混合器做混合处理的步骤进一步包括：采用行星搅拌器进行混合至少10分钟；其中，混合转速为800转/分钟～1200转/分钟，混合温度大于60℃，以保证混合均匀无团聚现象。在其它实施例中，还可以采用螺旋振荡器进行机械振荡15分钟的方式来做混合处理，处理温度为50℃～120℃之间。

上述技术方案通过混合铜粒子和银粒子获得的烧结材料，可用于柔性烧结电感制作工艺中，以简化柔性烧结电感制作工艺的步骤，降低工艺成本，改善柔性烧结电感制作不易工艺集成的问题。

请参阅图2，其为本发明所述柔性烧结电感的制作方法的一实施例的步骤流程图。请参阅图2，所述柔性烧结电感的制作方法包括如下步骤：步骤S21，提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料为本发明所述的烧结材料；步骤S22，将所述烧结材料涂布至所述柔性基板上形成线圈；步骤S23，烧结所述柔性基板；步骤S24，冷却获得柔性烧结电感。

请参考步骤S21，提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料为本发明图1所示的实施例制备所得的烧结材料。所述柔性基板包括0.05～0.15mm厚度的柔性聚酰亚胺Polyimide Film，简称(PI)薄膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、NOA63、丝素蛋白(SF)、聚乙烯醇(PVA)等。在本实施例中，所述柔性基板为0.125mm厚的柔性聚酰亚胺(PI)薄膜。

请参考步骤S22，将所述烧结材料涂布至所述柔性基板上形成线圈。在一些实施例中，将所述烧结材料涂布至所述柔性基板上的步骤进一步包括：将所述烧结材料灌入点胶针管；选择针头直径和调整点胶气压进行涂布测试；通过机械手臂带动点胶针管将所述烧结材料打印至所述柔性基板上。

通过对机械手臂编程，同时调节点胶气压，获得不同线宽的线条，以测试烧结材料的涂布特性。选择针头直径和调整点胶气压的步骤中，选用的针头直径为0.21毫米～0.55毫米，点胶气压为100KPa～300KPa。如图3所示，通过调节点胶气压不同，可以获得不同宽度的线条，其中，第一线条31的宽度为832微米，第二线条32的宽度为650微米，第三线条33的宽度为500微米。

在烧结材料的涂布特性测试完成之后，选择线宽为650微米的点胶气压，通过对机械手臂编程，带动点胶针管分别涂布圆形和方形轮廓的线圈，如图4所示，其中，第一线圈41为圆形线圈，第二线圈42为方形线圈。

请参考步骤S23以及步骤S24，烧结所述柔性基板并冷却获得柔性烧结电感。在一些实施例中，烧结所述柔性基板的步骤中采用常压烧结，烧结温度为220℃～300℃，烧结温度阶梯上升，烧结过程中通入氮气，烧结时间为1小时～3小时。在本实施例中，将涂布有烧结材料的柔性基板放置于氮气烘箱中常压烧结1.5小时，冷却得到柔性烧结电感。在其它实施例中，当涂布的线宽大于1毫米时，烧结时间需要适当延长至2h以上，以保证有机溶剂可以挥发完全，减小有机残余对于金属部分导电性能的影响。对于PI柔性基底，烧结后的黏附强度最高，可达8MPa。

上述技术方案，通过含有铜粒子和银粒子的烧结材料制作柔性烧结电感，可以在柔性基板上灵活设计各种图样，可进行弯曲、折叠和拉伸，从而适应各种复杂形状和尺寸的设备，进而轻松地整合到柔性电子设备中。通过对烧结材料中的分散液、铜粒子以及银粒子组分的调整，并结合铜粒子以及银粒子颗粒的表面处理，通过小粒径颗粒来实现降常压低烧结工艺的温度，甚至无需惰性气体保护实现固化成型，可以有效降低工艺成本和操作难度。柔性烧结电感可以与其他柔性元件一起集成到同一片基底上，实现多功能的柔性电子系统。通过在同一片基底上集成电感、电容、电阻等元件，可以实现更紧凑、轻量化的设计，提高系统的整体性能。

此外，请参阅图5，本发明还提供了双层柔性烧结电感的制作方法的一种实施例。如图5所示，所述双层柔性烧结电感的制作方法包括如下步骤：步骤S51，提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料为本发明所述的烧结材料；步骤S52，将所述烧结材料涂布至所述柔性基板表面，形成两个螺旋方向相反的线圈；步骤S53，烧结所述柔性基板，获得两个柔性烧结电感；步骤S54，将两个所述柔性烧结电感相对放置并通过灌封材料及电感材料进行灌封；步骤S55，实现两个所述柔性烧结电感的导电互联并引出导线，得到双层柔性烧结电感。

请参考步骤S51，提供一柔性基板和烧结材料，所述烧结材料为本发明图1所示的实施例制备所得的烧结材料。所述柔性基板包括0.05～0.15mm厚度的柔性聚酰亚胺Polyimide Film，简称(PI)薄膜，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、NOA63、丝素蛋白(SF)、聚乙烯醇(PVA)等。在本实施例中，所述柔性基板为0.125mm厚的柔性聚酰亚胺(PI)薄膜。

请参考步骤S52，将所述烧结材料涂布至所述柔性基板表面，形成两个螺旋方向相反的线圈。在本实施例中，通过对机械手臂编程，在所述柔性基板上打印两个螺旋方向相反的线圈。

请参考步骤S53，烧结所述柔性基板，获得两个柔性烧结电感。将涂布有烧结材料的柔性基板放置于氮气烘箱中常压烧结1.5小时，烧结温度为250摄氏度，冷却得到两个方向相反的柔性烧结电感。

请参考步骤S54，将两个所述柔性烧结电感相对放置并通过灌封材料及电感材料进行灌封。将两个所述柔性烧结电感相对放置，并在两个所述柔性烧结电感中间灌入柔性灌封材料及电感填料。在本实施例中，所述柔性灌封材料为水凝胶；所述电感填料为磁性材料，如铁粉、锰锌铁氧体等。磁性材料具有良好的磁导率和磁饱和特性，能够有效地集中和增强电磁场，因此选用磁性材料作为电感填料，可以增加烧结电感的感应电感。当电流通过电感器中的烧结电感时，电感填料可以增加磁场的强度，从而增加电感器的感应电感值，有助于提高电感器的性能和效率。此外，电感填料还可以提供机械支撑和固定电感器的作用，防止电感器内部元件的移动和松动。它还可以提供隔热和绝缘的功能，保护电感器内部元件免受外部环境的影响。选择适当的电感填料对于电感器的性能至关重要，填料的磁导率、磁饱和特性、温度稳定性以及与其他元件的相容性都是需要考虑的因素。

请参考步骤S55，实现两个所述柔性烧结电感的导电互联并引出导线，得到双层柔性烧结电感。待所述柔性灌封材料凝固稳定后，用打孔器在所述柔性烧结电感中心位置打孔，在孔壁上涂布导电胶并加热烘干，实现上下层所述柔性烧结电感的导电互连。冷却后在上下层所述柔性烧结电感处引出导线，完成所述双层柔性烧结电感的制作。

上述技术方案制备出的双层柔性烧结电感，相较于单层柔性烧结电感具有更高的空间效率，利用了双层布线的结构，两个平行柔性烧结电感之间存在较强的互感效应，可以在相对较小的物理尺寸内实现较高的电感值，在需要紧凑设计或空间受限的应用中极具应用价值。同时，双层柔性烧结电感的线圈结构相互平行，可以减少外界电磁干扰的影响具有较强的抗干扰性能，可以在电磁噪声环境下提供更稳定和可靠的工作。此外，制备工艺过程简单，可以有效降低成本。

因此，本实施例中制备出的双层柔性烧结电感有空间效率高、互感效应增强、抗干扰性能好、制造过程简化等优势。这些优势使得双层柔性烧结电感在电子设备、通信系统和电力转换等领域中具有广泛的应用前景，可提供了更高效、紧凑和可靠的解决方案。

应注意到，在说明书中对“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。

通常，可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，如在本文中所使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”、“某一”或“该”的术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。在本说明书中也应当注意的是，“连接/耦接”不仅指一个部件与另一个部件直接耦接，也指一个部件通过中间部件与另一个部件间接地耦接。

需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。