隨著碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代功率半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的芯片貼裝互連材料很難滿足其高溫工作的條件,急需尋找新的替代材料。而金屬納米材料由于自身的尺寸效應(yīng),金屬納米顆粒的熔點(diǎn)隨著納米顆粒尺寸的減小而降低,從而能夠在遠(yuǎn)低于塊體熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)成型。同時(shí),納米材料經(jīng)燒結(jié)后又能在較高溫度下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,很好地滿足了“低溫?zé)Y(jié),高溫服役”的需求,是理想的芯片互連材料。在金屬納米顆粒中,銀和銅納米顆粒的燒結(jié)受到了廣泛的關(guān)注。銀在金屬材料中擁有著最高的導(dǎo)電性能并且具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,在空氣中不容易被氧化,有利于運(yùn)輸和存儲(chǔ)。銅擁有著和銀相同級(jí)別的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能,并且價(jià)格比銀便宜很多。但是,銅納米顆粒在空氣中容易被氧化而在表面生成氧化銅,會(huì)增加所需的燒結(jié)溫度并增加電阻率。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）樹(shù)枝狀銀微納米材料的制備及燒結(jié)性能的研究銀基導(dǎo)電焊料是一種新型的芯片互連材料。本章研究了樹(shù)枝狀A(yù)g的合成及其作為功率半導(dǎo)體低溫互連材料的應(yīng)用。使用硝酸銀作為銀的前驅(qū)體,銅箔作為還原劑,在十分溫和的條件下合成得到尺寸形貌穩(wěn)定的樹(shù)枝狀銀,將其和二乙二醇單乙醚醋酸酯溶液混合配成焊膏,適... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

在矩形毛細(xì)管中收集的微乳滴中納米顆粒生長(zhǎng)的光學(xué)顯微鏡圖像[37]

第一章緒論7圖1.3球-球模型的示意圖[54]Figure1.3Schematicdiagramofthesphere-to-spheremodel[54]（半徑為x）[54]。隨后，頸部開(kāi)始通過(guò)不同的材料傳輸機(jī)制成長(zhǎng)，該機(jī)制包括在燒結(jié)過(guò)程中的體積擴(kuò)散，晶界擴(kuò)散，表面擴(kuò)散[49,51]。不同燒結(jié)機(jī)理的燒結(jié)方程一般可以如下表示[51]：(+)=…(1.1)其中，x/r是頸部半徑與粒子半徑的比率。B是取決于顆粒尺寸，溫度以及幾何和材料項(xiàng)的常數(shù)。t是燒結(jié)時(shí)間，n是取決于傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理特征指數(shù)（粘流：n=2；體積擴(kuò)散：n=4-5；晶界擴(kuò)散：n=6；表面擴(kuò)散：n=7）。Lu[9,18,55]等人是在納米粒子燒結(jié)領(lǐng)域進(jìn)行研究的開(kāi)拓者。他們利用平均直徑為30nm的商業(yè)銷(xiāo)售的銀顆粒來(lái)制備納米銀焊料，然后在一定的外部壓力下，在234℃的溫度下燒結(jié)60分鐘可以實(shí)現(xiàn)SiC芯片之間的互連，接頭的剪切強(qiáng)度為17-40MPa。通�？梢酝ㄟ^(guò)延長(zhǎng)樣品的燒結(jié)時(shí)間，提高樣品的燒結(jié)溫度和施加外部壓力來(lái)提高焊接接頭的機(jī)械性能，這可能會(huì)阻礙納米金屬焊料的應(yīng)用。因此，需要開(kāi)發(fā)新的工藝，縮短燒結(jié)時(shí)間，簡(jiǎn)化燒結(jié)工藝并提高焊接接頭的機(jī)械性能。最近，各國(guó)的科研工作者已經(jīng)對(duì)納米金屬顆粒的快速燒結(jié)工藝進(jìn)行了廣泛的研究[56-58]。最近，Hirose[59]等人和Toshiaki[60]等人提出了一種通過(guò)與Ag2O微粒反應(yīng)來(lái)原位生長(zhǎng)銀納米顆粒的金屬-金屬燒結(jié)過(guò)程。在燒結(jié)過(guò)程中，通過(guò)Ag2O顆粒與三甘醇（TEG）之間的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了銀納米顆粒的原位生長(zhǎng)，這樣的合成方式可以減少有

納米銀/銅的可控制備、低溫?zé)Y(jié)及其在微電子封裝互連中的應(yīng)用8圖1.4在不同的燒結(jié)溫度和5MPa的壓力下，使用Ag2O焊料的Cu/Ni/Au-Cu/Ni/Au接頭的燒結(jié)參數(shù)與拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系[59]Figure1.4RelationshipbetweenbondingparametersandtensilestrengthoftheCu/Ni/Au-to-Cu/Ni/AujointbondedusingtheAg2Opasteatvariousbondingtemperatureswithapressureof5MPa[59]機(jī)載體對(duì)納米銀粒子制備和燒結(jié)過(guò)程中的影響。實(shí)驗(yàn)表明，納米銀顆粒的燒結(jié)溫度可以明顯降低至200℃左右。此外，微米尺寸的Ag2O顆粒的成本比商業(yè)化的Ag納米顆粒的成本更低。簡(jiǎn)而言之，該工藝不僅可以降低成本，還可以降低銀納米顆粒的燒結(jié)溫度[59,61]。為了減少Ag離子在燒結(jié)過(guò)程中的電遷移，可以將Cu顆�；虬灿蠥g的Cu顆粒添加到混合漿料中[62-65]。如圖1.3所示，微米尺寸的Ag2O漿料已經(jīng)成功地用于低溫?zé)Y(jié)工藝中，可以用于鍍銀的銅塊之間的連接，并且燒結(jié)時(shí)間可以控制在1分鐘內(nèi)�；鸹ǖ入x子體燒結(jié)（SPS）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種快速燒結(jié)技術(shù)[66-68]，該技術(shù)具有許多非凡的優(yōu)勢(shì)，例如加熱速度快（最高500℃/min）和燒結(jié)時(shí)間（30–300℃，300s）短[69-73]。此外，SPS還具有操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)性高，節(jié)省空間，節(jié)省能源和成本低的優(yōu)點(diǎn)[71,74]。另外，在SPS工藝中施加壓力，可以增加金屬納米顆粒之間接觸，從而在燒結(jié)過(guò)程中加速晶界擴(kuò)散，晶格擴(kuò)散[75]。與傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)相比，激光燒結(jié)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)焊接接頭的快速燒結(jié)，并具有優(yōu)異的性能[76-78]。目前，激光燒結(jié)技術(shù)已廣泛用于金屬，陶瓷和復(fù)合材料的燒結(jié)工

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]日本放電等離子體燒結(jié)的現(xiàn)狀[J]. 孟曄,強(qiáng)文江,賈成廠.  粉末冶金技術(shù). 2014(04)



本文編號(hào)：3321416