上海微系统所在电子浆料用微米级蒙烯铜粉制备方面取得进展

在微电子封装、印刷电极“少银化、无银化”的发展趋势下，微米级铜粉已逐渐成为MLCC端电极、LTCC封装互连以及HJT光伏电极中的主要导电相，但其易被氧化腐蚀的特性不利于器件的长期可靠运行。石墨烯作为包覆层，可在保持铜优异导电、导热能力的同时，提升其抗氧化腐蚀性能。然而，如何实现微米级铜粉表面均匀包覆石墨烯，以及如何解决石墨烯钝化层在电极成型时带来的烧结抑制，仍然是“铜代银”应用中亟待解决的基本问题。

针对铜粉动态输送及高质量石墨烯原位包覆难题，中国科学院上海微系统与信息技术研究所于庆凯研究员团队提出了高温重熔化学气相沉积（High-temperature Remelting CVD）技术，实现了增材制造用铜粉表面石墨烯层数可控包覆（科学通报，2025，10.1360/TB-2024-1404）。近期，研究团队提出了双振动分散耦合高温重熔化学气相沉积策略，实现了微米级球形蒙烯铜粉的制备。相关研究成果以“Vibration-assisted high-temperature remelting chemical vapor deposition synthesis of micron-sized spherical graphene-skinned Cu powder”为题，在国内领军期刊《Journal of Materials Science & Technology》期刊发表，并完成了专利申请（202610937342.9）。

图1 双振动辅助分散耦合高温重熔化学气相沉积的微米级蒙烯铜粉制备策略

通过双振动预分散手段，使微米级蒙烯铜粉在经历1100 °C高温后保持粒径相对可控（生长前D50=3.24 μm，生长后D50=4.31 μm）。同时，发展了纳米镍辅助低温烧结方法，实现了石墨烯全包覆的铜粉在400 °C下的烧结互连。

将纯铜粉、蒙烯铜粉、30 wt%银含量银包铜粉进行横向对比，性能测试结果显示，热重结果显示蒙烯铜粉抗氧化性能与商用银包铜粉相当，起始氧化温度比纯铜粉高出25.9%；蒙烯铜粉抗酸蚀性能显著优于纯铜粉、银包铜粉。

图2 纯铜粉、蒙烯铜粉与银包铜粉的抗氧化性对比

本工作提出了双振动分散耦合高温重熔化学气相沉积策略，实现了微米级铜粉表面石墨烯均匀包覆，验证了蒙烯铜粉在氧化、酸蚀环境中的稳定性和可靠性。同时，该工作提出了纳米镍辅助烧结方法，在实现金属化互连的同时，金属导电网络仍被连续的石墨烯网络覆盖。本研究为亚微米尺寸蒙烯铜粉制备奠定基础，为电子浆料“少银化、无银化”目标提供了新的策略。

该研究工作第一完成单位为中国科学院上海微系统与信息技术研究所，论文第一作者为赵一沣博士，通讯作者为时志远副研究员和于庆凯研究员。研究工作得到了国家重点研发计划（2023YFB4005200）的支持。