發(fā)布時間：2020-03-26 17:17

【摘要】：隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子元器件不斷向小型化、輕型化發(fā)展,其低成本和高性能的需求也日益凸顯。愈發(fā)惡劣的器件工作環(huán)境,例如高溫、大電流和潮濕的環(huán)境,加之第三代寬禁帶半導(dǎo)體如SiC和GaN的出現(xiàn),使得芯片互連封裝面臨很大挑戰(zhàn)。因此,加強(qiáng)新的封裝材料和工藝的研究,對于耐高溫、大功率器件發(fā)揮優(yōu)良的性能具有非常重要的意義。本文將Cu的低成本和Ag的抗氧化性特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)勢整合,通過置換與化學(xué)沉積復(fù)合的方法制備不同Ag層厚度的Cu@Ag納米顆粒。通過控制分散劑PVP和還原劑NaH_2PO_2·H_2O的加入量,以及溶液滴加反應(yīng)速度等關(guān)鍵工藝,分別制備出50 nm和100 nm的Cu納米顆粒。采用50 nm的Cu納米顆粒,通過控制Ag/Cu摩爾比制備不同Ag層厚度的Cu@Ag納米顆粒。在Ag/Cu摩爾比為0.1和0.15時,制備出Ag層包覆完整的Cu@Ag納米顆粒,且Ag層的厚度分別為3.14 nm和6.76nm。通過存儲和老化實(shí)驗(yàn)測試,發(fā)現(xiàn)所制備的Cu@Ag納米顆粒均表現(xiàn)出良好的抗氧化性。探究Ag層厚度對于Cu@Ag納米顆粒燒結(jié)行為的影響。將兩種Ag層厚度的Cu@Ag納米顆粒分別制備成漿料,分別在180℃、200℃、220℃和240℃下進(jìn)行燒結(jié)。研究發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,燒結(jié)組織更加致密,且Ag層厚度對燒結(jié)組織的形貌和性能有很大影響;在同等燒結(jié)溫度下,厚Ag層的Cu@Ag納米顆粒燒結(jié)后的組織更加致密、性能更好,在240℃下所得燒結(jié)組織的孔隙率和電阻率分別為2.1%和15.31μΩ·cm,明顯優(yōu)于薄Ag層Cu@Ag納米顆粒燒結(jié)后的孔隙率(8.4%)和電阻率(34.85μΩ·cm)。采用厚Ag層的Cu@Ag納米顆粒用于芯片鍵合。在150℃、160℃和180℃下分別進(jìn)行熱壓燒結(jié)和超聲輔助燒結(jié)對比試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn),超聲輔助燒結(jié)獲得的接頭組織更加致密,當(dāng)燒結(jié)溫度為180℃時,所獲接頭剪切強(qiáng)度為54.27 MPa,遠(yuǎn)高于同等溫度熱壓燒結(jié)所獲接頭的剪切強(qiáng)度。超聲施加產(chǎn)生的振動引起顆粒之間的摩擦造成接頭內(nèi)部溫度急劇升高,促使Ag層在Cu核表面的反潤濕燒結(jié)和Cu核的接觸燒結(jié)長大,加速燒結(jié)過程,最終形成具有網(wǎng)絡(luò)狀A(yù)g和大尺寸結(jié)晶Cu胞體分布結(jié)構(gòu)的致密接頭組織。因此,超聲輔助燒結(jié)Cu@Ag納米顆粒漿料在高溫大功率器件互連封裝中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
【圖文】：

隨著反應(yīng)時間的增加，混合溶液由深紅色變?yōu)樽仙笞兂缮罹G色。通過對制得的銀包銅表征，如圖1-1 所示，發(fā)現(xiàn)檸檬酸鈉與銀離子的摩爾比影響制備得到的銀包銅中六角形粒子與球形粒子的比例，且對顆粒的尺寸大小產(chǎn)生影響。圖 1-1 不同[SC]/[Ag]摩爾比的 Cu-Ag 粉末[39]a) 0/1；b) 0.07/1；c) 0.27/1；d) 1.09/1；e) 4.35/1Lee 等[40]通過簡單的兩步法制備單分散的 Cu@Ag NPs，如圖 1-2 所示。首先通過熱分解反應(yīng)制備 Cu 顆粒，然后加入銀源通過置換反應(yīng)制得Cu:Ag=77.5:22.5（at. %），，平均粒徑為 13.5 nm 的 Cu@Ag NPs。在正常環(huán)境

圖 1-2 Cu@Ag NPs 合成示意圖[40]好的抗氧化性能，將制得的納米顆粒應(yīng)用于印刷電子的導(dǎo)電墨于 Cu 納米顆粒導(dǎo)電墨水，同時作者還發(fā)現(xiàn)該材料也可較好的。Muzikansky 等[41]也是用相同的方法制得不同原子比的單Ps，發(fā)現(xiàn)不同溫度范圍老化過程中 Ag 層的生長形式會不同，，銀通過置換反應(yīng)包覆在 Cu 表面，在 50 ℃-120 ℃的范圍內(nèi)生長，銀層變厚；當(dāng)高于 120 ℃時，開始出現(xiàn)反潤濕過程，銀
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN605;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李文良;趙奇金;方政秋;;化學(xué)鍍銀在復(fù)合粉體中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J];電鍍與精飾;2013年06期

2 宋曰海;馬麗杰;;置換還原法制備銀包銅粉工藝及性能研究[J];電鍍與精飾;2013年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 朱曉云;銀包銅粉及聚合物導(dǎo)體漿料制備與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

本文編號：2601724