一、【导读】
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。铜表面包覆石墨烯，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，如何在微米级铜粉表面实现均匀完整的石墨烯包覆，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。
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所于庆凯研究员、时志远副研究员团队在《Journal of Materials Science & Technology》期刊发表题为“Vibration-assisted high-temperature remelting chemical vapor deposition synthesis of micron-sized spherical graphene-skinned Cu powder”的研究文章，提出了一种双振动分散耦合高温重熔化学气相沉积（High-temperature Remelting CVD）的策略，实现了1100 °C微米级球形蒙烯铜粉的制备，并完成了蒙烯铜粉的低温烧结及抗氧化性能验证。
二、【成果掠影】
研究团队利用机械振动+超声振动的双振动辅助分散策略，使预分散的微米级铜粉在1100 °C的立式反应腔体中完成高质量石墨烯包覆层的生长。利用微米级蒙烯铜粉的保形转移方法，完整转移并表征了石墨烯包覆层的层数特征。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。性能测试结果显示，微米级蒙烯铜粉抗氧化性持平商业银包铜粉，且抗酸蚀性能显著优于银包铜粉。此工作为电子浆料“铜代银”提供了材料制备基础。
三、【核心创新点】
本研究创新点在于，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）。150 nm镍辅助蒙烯铜粉在400 °C较低温度下实现了互连烧结，分离并表征了烧结后产生的三维石墨烯连续网络，并明晰了纳米镍辅助烧结的机制。热重结果显示蒙烯铜粉抗氧化性能与商用30 wt%银含量银包铜粉相当，起始氧化温度比纯铜粉高出25.9%；同时，蒙烯铜粉抗酸蚀性能显著优于银包铜粉。
四、【数据概览】
图1 （a）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；（b）-（d）蒙烯铜粉与铜粉原料的基本物性对比；（e）-（g）蒙烯铜粉表面石墨烯覆盖层的形态、层数、结晶质量表征。
图2 （a）-（d）温度调控下的蒙烯铜粉质量对比；（e）-（i）前驱体浓度调控下的蒙烯铜粉石墨烯覆盖层厚度变化。
图3 （a）纳米镍辅助烧结策略示意图；（b）-（e）600 nm与150 nm镍在辅助烧结过程中的区别；（f）-（g）烧结颈位置的截面结构微观表征；（h）-（i）蒙烯铜粉烧结后，将金属载体去除，分离并表征3D石墨烯连续网络。
图4 （a）-（b）纯铜粉、蒙烯铜粉与银包铜粉的抗氧化性对比；（c）蒙烯铜粉电导率的环境稳定性表征；（d）纯铜粉、蒙烯铜粉与银包铜粉的抗酸蚀性能对比；（e）不同样品的电导率对比；（f）纯铜粉、蒙烯铜粉与银包铜粉的性能综合对比雷达图。
五、【成果启示】
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。
