【摘要】：由于納米材料的特殊效應(yīng),納米材料在不同領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中,納米銅金屬顆粒因尺寸效應(yīng),能夠?qū)崿F(xiàn)低溫?zé)Y(jié),高溫服役,因此許多研究人員試圖將其應(yīng)用于印刷電子和互連結(jié)構(gòu)中。但是由于納米銅顆粒(Cu NPs)的制備工藝復(fù)雜,成本較高。因此本課題針對(duì)銅膏的低制備成本的需求,提出了將價(jià)格較低的微米銅顆粒(Cu MPs)與納米銅顆粒混合制備復(fù)合微納銅膏的方案。本論文系統(tǒng)的研究了復(fù)合微納銅膏燒結(jié)體性能的影響因素,并將其應(yīng)用于燒結(jié)互連接頭,探索了復(fù)合微納銅膏在不同應(yīng)用條件下的最佳配比。本文利用液相化學(xué)還原法制備納米銅顆粒,將實(shí)驗(yàn)制備的納米銅顆粒與商用微米銅顆粒按照不同的比例進(jìn)行混合配制復(fù)合微納銅膏,建立微米銅顆粒與納米銅顆粒的堆疊模型,計(jì)算得到納米銅顆粒與微米銅顆粒的質(zhì)量比為20:80時(shí)的20NPs-80MPs銅膏的致密度最高,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。另外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)合微納銅膏的致密度與其燒結(jié)體的導(dǎo)電性能成正比,即20NPs-80MPs銅膏燒結(jié)體的電阻率最低。本文對(duì)復(fù)合微納銅膏燒結(jié)薄膜的導(dǎo)電性能的影響因素進(jìn)行研究,包括:納米銅顆粒的清洗次數(shù)及是否進(jìn)行酸洗處理,燒結(jié)試樣是否施加輔助壓力,燒結(jié)溫度,燒結(jié)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)最終得到的最佳參數(shù)為:納米銅顆粒清洗3次并甲酸清洗處理10min,燒結(jié)試樣施加輔助壓力,在320℃下燒結(jié)60 min。另外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在此燒結(jié)條件下最優(yōu)配比的復(fù)合微納銅膏為20NPs-80MPs銅膏,其電阻率最低,其值為2.98μΩ·cm。本文將復(fù)合微納銅膏用于封裝互連,研究了復(fù)合微納銅膏的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)互連接頭的剪切強(qiáng)度隨著復(fù)合微納銅膏中納米銅顆粒含量的增加而增加。綜合考慮,應(yīng)用于互連接頭的最優(yōu)復(fù)合微納銅膏為60NPs-40MPs銅膏,其燒結(jié)體的電阻率為3.12μΩ·cm,燒結(jié)接頭的剪切強(qiáng)度為46 MPa,滿足電子封裝的使用要求。另外,從微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)隨著納米銅顆粒含量的增加,截面連接點(diǎn)增多,進(jìn)一步對(duì)接頭力學(xué)性能與復(fù)合微納銅膏中納米銅顆粒含量成正比的現(xiàn)象進(jìn)行解釋。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.121
【圖文】：

利用次亞磷酸鈉還原硝酸銅中的銅離子，利用乙二醇作為反應(yīng)介質(zhì)，在90 ℃下反應(yīng)5 min，同時(shí)使用PVP-K25作為穩(wěn)定劑，最終制備的納米銅顆粒的平均粒徑為40 nm。圖1-1為納米銅顆粒在制備過(guò)程中的UV-NIR吸收光譜，可以看出，在反應(yīng)時(shí)間為5 min時(shí)，溶液中生成大量的納米銅顆粒。圖1-1 納米銅顆粒制備過(guò)程中的UV-NIR吸收光譜[14]Lee等人[18]在室溫常壓的條件下制備納米銅顆粒。將20 g氧化銅粉添加到200 ml的85%甲酸中反應(yīng)1小時(shí)，并大力攪拌混合物，當(dāng)反應(yīng)混合物的顏色由黑變?yōu)樘焖{(lán)色即可。將合成的甲酸銅過(guò)濾并用乙醇洗滌之后，放在40 °C的真

2O被還原形成納米銅顆粒，圖1-2為在不同pH值條件下，還原制備的銅納米顆粒。在溶液pH值為9和11時(shí)則無(wú)法生成納米銅顆粒。另外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)Cu2O的平均粒徑能影響銅顆粒的粒徑。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中生成的Cu2O的平均粒徑越大，得到的銅顆粒越大。圖1-2 不同pH值條件下制備的納米銅顆粒的SEM圖[19]a) pH=3 b) pH=5 c) pH=7Dhas等人[20]用兩種方法制備納米金屬銅顆粒，分別為熱還原法和化學(xué)超聲法。在反應(yīng)介質(zhì)中，利用液相化學(xué)還原法還原Cu(N2H3COO)2·2H2O中的Cu2+。這兩種還原的過(guò)程都在氬氣氣氛下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間均為2小時(shí)，并采用

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本文編號(hào)：2723624