用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的制备方法及其应用

本发明涉及微电子连接，尤其涉及一种用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着摩尔定律不断推动半导体技术的进步，基于硅的半导体已接近其物理极限。然而，第三代半导体材料如gan和sic的出现为技术进步开辟了新的途径。这些材料具有卓越的性能，包括缩小的尺寸、更快的开关速度和更高的击穿电压。为充分发挥这些第三代电子器件的潜力，迫切需要先进的封装材料，能够承受高温和高功率密度等挑战性工作条件。一种新型的用于创建可靠互连的技术是瞬态液相键合(tlp)。这种方法涉及引入具有较低熔点的金属中间层，以在比基体金属熔点更低的温度下形成高熔点金属间化合物(imc)来实现键合。cu和sn由于其卓越的电导率、热导率和成本效益，已成为微电子连接的首选材料。此外，将3d多孔结构集成到互连中以增加反应面积进一步加快了键合过程，使其成为有吸引力的互连方法。

2、制备金属3d多孔结构主要可以通过两种方法实现：去合金以及模板法。去合金方法，包括化学脱合金、电化学脱合金等，有选择地溶解合金中较活泼的金属，形成多孔结构。然而，完全均质合金的熔炼难度较大，而且通过去合金工艺所获得的多孔金属通常在受到机械应力时表现出脆性，限制了其实际效用。相反，模板法可以分为硬模板和软模板方法。硬模板如二氧化硅(sio2)、阳极氧化铝(aao)、碳纳米管等提供了多孔材料的沉积框架结构，但在沉积金属之后，完全去除它们则存在明显的挑战。因此，开发一种无需去除模板的多孔材料合成方法对于扩展金属3d多孔结构的在微电子tlp键合应用是十分关键的。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明公开了一种用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的制备方法及其应用，该镀液可以用于多孔铜的无模板电镀制备，配合电沉积工艺可以实现多孔金属的孔隙率以及韧带宽度可调控，从而为提升sic器件在极端条件下的长期可靠性提供新的解决方案。

2、对此，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的制备方法，其包括：

4、步骤s1，将金属盐、酸、离子表面活性剂、辅助表面活性剂与水混合，得到混合溶液；

5、步骤s2，向所述混合溶液中添加造孔剂，进行搅拌分散，得到镀液；所述造孔剂为甲苯、环己烷、丙酮、氯仿、二甲基亚硫酰胺中的至少一种；

6、步骤s3，静置镀液。此技术方案中，所述造孔剂采用不导电且不溶于水的溶剂，通过搅拌分散，在溶液中均匀稳定分布，在电镀过程中造孔剂不导电，在电沉积过程中形成了一个个被水溶液短路的绝缘区域，避免金属的沉积，最终形成了孔隙。在离子表面活性剂的作用下，能使得造孔剂可以在水溶液中均匀分布，处于一种热力学稳定状态，可以起到控制孔隙结构和分布的作用，从而得到具有特定性质和应用的多孔材料。

7、作为本发明的进一步改进，所述酸为硫酸、盐酸、水杨酸中的一种或两种以上的混合物。

8、作为本发明的进一步改进，所述水为去离子水。

9、作为本发明的进一步改进，所述离子表面活性剂可以采用阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂；进一步的，所述离子表面活性剂包括十六烷基溴化胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸酯、二十四烷基硫酸酯中的至少一种。采用此技术方案，所述离子表面活性剂可以起到包括作为乳化剂、稳定剂、分散剂等作用，具有亲水性、疏水性的头部或者尾部，有助于稳定金属离子的溶解和在工件表面的分布，同时抑制气泡形成，以改善电镀的均匀性和质量。

10、作为本发明的进一步改进，所述辅助表面活性剂包括三乙醇胺、二乙醇胺、聚乙烯醇、2-甲基-2丁醇中的至少一种。采用此技术方案，辅助表面活性剂与所述离子表面活性剂一起使用，以改善其性能和功能。

11、作为本发明的进一步改进，所述金属盐为铜盐，所述cu盐为硫酸铜、氯化铜、柠檬酸铜中的至少一种。采用此技术方案，可以用于多孔铜的制备，造孔剂分散之处，在电沉积过程中形成若干绝缘区域，避免铜的沉积，最终形成了孔隙。

12、作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述混合溶液中，铜盐的浓度为1-5mol/l。

13、作为本发明的进一步改进，所述混合溶液中，离子表面活性剂的浓度为0.25-1.5mol/l。

14、作为本发明的进一步改进，所述混合溶液中，辅助表面活性剂的浓度为0.05-1.5mol/l。

15、作为本发明的进一步改进，所述混合溶液中，酸的浓度为2-5mol/l。

16、作为本发明的进一步改进，所述混合溶液中，步骤s2中，采用超声波进行搅拌分散。进一步的，采用细胞破碎机进行搅拌分散。此技术方案中，采用细胞破碎机辅助造孔剂以及乳液镀液体系的配置成型，超声波波动产生的高频振动波可以在镀液中引起强烈的液体流动，这有助于更均匀地分散镀液内分子，同时，超声波能够形成气泡，这些气泡在液体中不断形成和坍塌。在气泡坍塌的瞬间，产生的高温和高压区域可以加速溶解，这有助于离子活性剂以及造孔剂均匀分布。

17、作为本发明的进一步改进，所述细胞破碎机的输出功率为500-1500w，搅拌时间为0.5-4h。

18、作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述造孔剂与混合溶液的体积比为1:0.9-1.1。进一步的，所述造孔剂与混合溶液的体积比为1:1。

19、作为本发明的进一步改进，步骤s3中，静置镀液1-12h使所述镀液处于稳定状态。

20、本发明还公开了一种基于乳液镀液体系的多孔铜的制备方法，采用如上任意一项所述的用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的制备方法得到的镀液，在基体上进行电沉积多孔cu。该基于乳液镀液体系的多孔铜的制备方法实际为用于多孔金属制备的无模板乳液镀液的应用。

21、作为本发明的进一步改进，电沉积过程中，阳极采用石墨电极、铂金属电极或磷铜电极。

22、作为本发明的进一步改进，阴极为dbc基板或dba基板。

23、作为本发明的进一步改进，电沉积过程中，电流密度为0.5-5a/dm2。进一步地，所述电流密度为1-3a/dm2。

24、作为本发明的进一步改进，电沉积过程中，采用无磁力搅拌或无气体鼓泡形式进行电镀。

25、本发明还公开了一种基于乳液镀液体系的多孔铜，采用如根据如上任意一项所述的基于乳液镀液体系的多孔铜的制备方法得到。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、第一，本发明的技术方案，采用不导电且不溶于水的溶剂作为造孔剂，在离子表面活性剂的作用下，在水溶液中均匀分布，这些分散均匀的造孔剂不导电，不导电溶剂(油相)阻止了电流的传导，在这些区域中电化学反应不能继续进行，而在水相范围内电化学沉积过程仍然继续，所以在电沉积过程中形成了一个个被水溶液短路的绝缘区域，最终形成了孔隙，配合电沉积工艺可以实现多孔金属的孔隙率以及韧带宽度可调控，为器件在极端条件下的长期可靠性提供新的解决方案。

28、第二，简单且经济高效，可控性强，适用范围广，可以制备大面积多孔材料。本发明的技术方案采用的无模板法电镀，不需要复杂的模板制备过程，因此更加简单和经济高效，这降低了制备多孔材料的成本和时间。进一步地，可以通过调整电化学反应条件来精确控制多孔结构的孔径、孔隙度、排列和分布，以满足特定应用的要求。可用于多种不同类型的材料，包括金属、半导体和导电聚合物，增加了其在各种应用领域的灵活性。而且可用于制备大面积的多孔材料，例如多孔薄膜或涂层，适用于大规模生产。

29、第三，由于无模板法电镀不需要使用模板，因此无需担心模板的损耗或磨损。这可以实现可重复使用，并降低成本。通过调整造孔剂的用量、电沉积参数等可以用于制备不同类型的多孔结构，包括孔隙结构、纳米线、纳米颗粒等，具有广泛的应用潜力。由于其可控性强，无模板法电镀可根据具体需求进行定制，以满足不同应用的材料要求。

30、第四，本发明技术方案的镀液使用水性电解液，相对环保，同时，金属盐以及有机物可以回收再利用，不会产生有害废物气体或者浪费。