本文關(guān)鍵詞：小尺寸納米銀焊膏低溫低壓連接工藝及其機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,以第三代半導(dǎo)體為材料的大功率器件越來(lái)越多的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。而大功率器件往往需要在較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間工作,傳統(tǒng)釬料由于熔點(diǎn)較低并不能適用于大功率器件的封裝。本文從實(shí)現(xiàn)低溫低壓無(wú)鍍層連接的角度出發(fā),制備了小尺寸納米銀焊膏,采用該焊膏實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)氧銅低溫低壓的直接連接,獲得了力學(xué)性能優(yōu)良的接頭,研究了不同工藝參數(shù)對(duì)于接頭形貌及剪切強(qiáng)度的影響,探究了接頭經(jīng)過(guò)老化后性能的變化,最后分析了納米銀燒結(jié)機(jī)制以及界面的連接機(jī)理。制備了平均粒徑在4.76nm,穩(wěn)定性優(yōu)良的小尺寸納米銀顆粒,通過(guò)與乙二醇和去離子水混合制備出了可以應(yīng)用于連接中的焊膏。研究了焊膏的熱性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)檸檬酸作為包覆層時(shí)其熱分解溫度為160℃,比自身的分解溫度低146℃。探究了連接溫度對(duì)于燒結(jié)后的納米銀焊膏的密度,孔隙率,硬度以及電導(dǎo)率的影響。發(fā)現(xiàn)隨著溫度的不斷上升,密度,硬度以及電導(dǎo)率增加,孔隙率下降。研究了納米銀洗滌次數(shù),連接溫度,保溫時(shí)間以及連接壓力對(duì)于連接接頭的微觀形貌以及力學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),納米銀洗滌次數(shù)的增加導(dǎo)致接頭致密度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì),而連接溫度,保溫時(shí)間以及連接壓力的增加均會(huì)使得接頭的致密性提升。對(duì)于力學(xué)性能,隨著連接溫度以及納米銀的洗滌次數(shù)的增加均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì);而隨著連接壓力以及保溫時(shí)間的增加,接頭的力學(xué)性能則呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。此外,本文探究了接頭在150℃以及250℃下,經(jīng)過(guò)不同老化時(shí)間后力學(xué)性能的變化,結(jié)果顯示較低的溫度(150℃)對(duì)于接頭的性能影響較小,力學(xué)性能有略微下降;而較高溫度(250℃)對(duì)于接頭的力學(xué)性能影響較大,剪切強(qiáng)度急劇下降,在經(jīng)過(guò)144h老化后,接頭剪切強(qiáng)度僅為4.9MPa。通過(guò)透射電鏡分析了小范圍內(nèi)納米銀之間的三種作用機(jī)制:納米銀之間的燒結(jié),納米銀的吞并以及納米銀的揮發(fā)。結(jié)合這三種作用機(jī)制對(duì)大范圍內(nèi)納米銀燒結(jié)行為進(jìn)行了研究,在加熱過(guò)程中有機(jī)包覆層首先發(fā)生破壞,部分納米銀之間直接形成燒結(jié)頸,一些較小的納米銀被吞并形成新的顆粒進(jìn)而與其他納米銀形成燒結(jié),而另外一些納米銀則在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中發(fā)生揮發(fā),在原位置處形成孔洞。本文研究了界面的連接機(jī)制,發(fā)現(xiàn)在界面處存在兩種連接機(jī)制:一是基于銀銅之間相互擴(kuò)散形成的連接;二是銅與銀特定晶面之間通過(guò)重疊交叉形成一定的穩(wěn)固連接。在這兩種連接機(jī)制的共同作用下,接頭具有較高的強(qiáng)度。
【關(guān)鍵詞】：小尺寸納米銀 剪切強(qiáng)度 致密度 燒結(jié)機(jī)制 連接機(jī)理
【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】：2016
【分類號(hào)】：TN05
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 互連材料研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 高溫?zé)o鉛軟釬料研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 導(dǎo)電膠研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 納米金屬焊膏研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 試驗(yàn)設(shè)備、材料與方法22-26
• 2.1 試驗(yàn)材料22
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備22-23
• 2.3 分析測(cè)試方法23-26
• 2.3.1 納米銀及連接接頭形貌表征23
• 2.3.2 納米銀表面包覆層及熱性能分析23
• 2.3.3 納米銀燒結(jié)試樣的孔隙率以及密度表征23-24
• 2.3.4 納米銀燒結(jié)試樣的硬度表征24
• 2.3.5 納米銀焊膏燒結(jié)試樣的電導(dǎo)率表征24-26
• 第3章 納米銀焊膏的制備及性能分析26-42
• 3.1 前言26
• 3.2 PVP包覆的納米銀焊膏的制備及性能分析26-31
• 3.2.1 PVP包覆的納米銀焊膏的制備26-27
• 3.2.2 PVP包覆的納米銀形貌表征以及焊膏熱性能分析27-30
• 3.2.3 連接接頭的微觀組織形貌分析30-31
• 3.3 檸檬酸包覆的納米銀焊膏的制備及其熱性能分析31-39
• 3.3.1 納米銀及焊膏的制備31-33
• 3.3.2 納米銀的形貌表征及穩(wěn)定性分析33-35
• 3.3.3 有機(jī)包覆層成分及熱性能分析35-38
• 3.3.4 納米銀焊膏的熱性能分析38-39
• 3.4 納米銀焊膏燒結(jié)試樣的性能研究39-41
• 3.4.1 密度與孔隙率39
• 3.4.2 硬度39-40
• 3.4.3 電導(dǎo)率40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 納米銀焊膏連接接頭的顯微形貌分析42-54
• 4.1 前言42
• 4.2 納米銀洗滌次數(shù)對(duì)于接頭形貌的影響42-45
• 4.3 連接溫度對(duì)接頭形貌的影響45-48
• 4.4 保溫時(shí)間對(duì)于接頭形貌的影響48-50
• 4.5 連接壓力對(duì)于接頭形貌的影響50-52
• 4.6 本章小結(jié)52-54
• 第5章 納米銀焊膏連接接頭的力學(xué)性能與可靠性分析54-69
• 5.1 前言54
• 5.2 不同工藝參數(shù)對(duì)于連接接頭力學(xué)性能的影響54-63
• 5.2.1 納米銀洗滌次數(shù)對(duì)于接頭力學(xué)性能的影響54-56
• 5.2.2 連接溫度對(duì)于接頭力學(xué)性能的影響56-59
• 5.2.3 保溫時(shí)間對(duì)于接頭力學(xué)性能的影響59-61
• 5.2.4 連接壓力對(duì)于接頭力學(xué)性能的影響61-63
• 5.3 不同條件下接頭老化性能分析63-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第6章 連接接頭中納米銀燒結(jié)組織形成機(jī)理及界面連接機(jī)制69-84
• 6.1 前言69
• 6.2 納米銀燒結(jié)組織形成機(jī)理69-78
• 6.2.1 小范圍內(nèi)納米銀間的作用形式69-75
• 6.2.2 大范圍內(nèi)納米銀間的燒結(jié)過(guò)程75-78
• 6.3 連接接頭界面處連接機(jī)理78-83
• 6.4 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文91-93
• 致謝93

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本文編號(hào)：497061