本文關(guān)鍵詞： 納米顆粒 高溫釬料 核殼結(jié)構(gòu) 燒結(jié)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái)隨著電子工業(yè)領(lǐng)域的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品性能逐步提高并向小型化、集成化發(fā)展。由于無(wú)鉛化禁令的頒布,目前大部分的含鉛釬料均被其他成分所替代。當(dāng)前,高溫功率器件芯片鍵合主要有納米漿料燒結(jié)法、瞬態(tài)液相連接法、高溫合金釬料焊接等,其中,納米銀漿燒結(jié)形成的接頭具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,但銀存在電遷移等問(wèn)題,同時(shí)納米漿料制備成本高,難以進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn);瞬態(tài)液相連接工藝成本低,但容易發(fā)生反應(yīng)不完全的現(xiàn)象,易造成可靠性問(wèn)題。因此,本課題旨在探索一種既能在較低溫度下(低于300℃)形成冶金連接,又能夠保證所獲得接頭在高溫下(高于250℃)服役,同時(shí)回流時(shí)間能夠控制在合理范圍內(nèi),價(jià)格又非常低廉的一種新型互連材料�；诩{米材料具有的尺寸效應(yīng),納米金屬顆粒具有明顯優(yōu)勢(shì),然而,除銀納米顆粒(Ag nanoparticles,AgNPs)之外,CuNPs具有更好的成本優(yōu)勢(shì)。但是由于Cu易氧化,本文提出一種具有核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒作為互連材料,即,外層為Sn內(nèi)層為Cu的核殼結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)在于,當(dāng)在250℃下回流時(shí),外層Sn熔化形成連接并與內(nèi)層Cu核反應(yīng)生成金屬間化合物,最終形成具有金屬間化合物中分散有Cu顆粒的焊縫結(jié)構(gòu),具有很高的熔點(diǎn),因此具有低溫成形高溫服役潛力。本文采用液相化學(xué)還原法成功制備出Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。研究了以一縮二乙二醇為溶劑、PVP為分散劑的體系中制備納米銅的方法。通過(guò)改變還原劑的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間的前驅(qū)物濃度等關(guān)鍵變量,得到制備納米銅的最優(yōu)條件。在此基礎(chǔ)上利用制得的銅納米顆粒制備Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒,在配位劑的作用下使Cu2+/Cu電對(duì)的電極電位降低,置換出比Cu活潑的Sn2+,同樣探究了制備Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的最優(yōu)條件。通過(guò)最優(yōu)工藝參數(shù)制備出的Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒在30 MPa壓力下壓制成塊體,然后分別在200℃、250℃和300℃進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的塊體通過(guò)SEM觀察,發(fā)現(xiàn)了顆粒燒結(jié)頸的形成。同時(shí),對(duì)燒結(jié)后的塊體進(jìn)行了性能測(cè)試。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)250℃下燒結(jié)的塊體具有最優(yōu)的性能,其彈性模量為彈性模量為17.58GPa,電阻率為23.67×10-6Ω·m,孔隙率僅有7.67%。納米顆粒與釬劑混合成釬料膏后,與銅片分別在200℃、250℃和300℃下進(jìn)行燒結(jié)。通過(guò)SEM對(duì)接頭的微觀組織進(jìn)行對(duì)比分析,得到最佳的燒結(jié)溫度為250℃;最佳的燒結(jié)時(shí)間為60 min。
[Abstract]:With the rapid development of electronic industry in recent years, the performance of electronic products has been gradually improved and developed to miniaturization and integration. As a result of the ban on lead-free, most lead-free solders have been replaced by other components. High temperature power device chip bonding mainly includes nano-slurry sintering method, transient liquid phase bonding method, superalloy solder welding, etc. Among them, the joints formed by nano-silver paste sintering have good conductivity and thermal conductivity, but silver has some problems such as electromigration. At the same time, the preparation cost of nano-sized slurry is high, it is difficult to carry out large-scale mass production, and the transient liquid phase bonding process is low in cost, but prone to incomplete reaction, and easy to cause reliability problems. The purpose of this paper is to explore a kind of joint which can form metallurgical connection at lower temperature (lower than 300 鈩，

本文編號(hào)：1553693