本文選題：低溫連接 + 微連接　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：由于納米材料的尺寸效應(yīng),銅納米顆粒的熔點(diǎn)將隨著納米顆粒尺寸的減小而降低,從而能夠在遠(yuǎn)低于塊體銅熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)成型。同時(shí),銅納米顆粒經(jīng)燒結(jié)成型后又能夠在較高溫度下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,很好地滿足“低溫成型,高溫服役”的需求。近年來(lái),許多研究者試圖將銅納米顆粒用作導(dǎo)電油墨的主體材料及大功率高溫服役器件的互連材料。然而,由于銅納米顆粒極易氧化,目前的研究中均存在若干不足,如燒結(jié)溫度過(guò)高、燒結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、燒結(jié)壓力過(guò)大、燒結(jié)體性能較差以及燒結(jié)環(huán)境具有腐蝕性等,這些缺陷很大程度上限制了銅納米顆粒在電子封裝領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。因此,為了解決由銅納米顆粒氧化引起的一系列問(wèn)題,本文提出了一種利用甲酸去除銅納米顆粒表面氧化物的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)銅納米顆粒的低溫?zé)Y(jié),并研究了甲酸處理對(duì)銅納米顆粒燒結(jié)行為的影響。本文通過(guò)優(yōu)化銅納米顆粒的表面成分,降低了銅納米顆粒的燒結(jié)溫度,提高了銅納米顆粒燒結(jié)試樣的導(dǎo)電性。本文還探究了壓力輔助下銅納米顆粒的燒結(jié)行為,獲得了高強(qiáng)度的高溫服役大功率器件連接接頭。本文提出了一種利用甲酸處理去除銅納米顆粒表面氧化物的方法,表面成分分析表明銅納米顆粒表面氧化物被甲酸處理完全去除,新生成的甲酸鹽能夠在較低溫度下分解。銅納米顆粒的熱分析表明經(jīng)甲酸處理后,銅納米顆粒的燒結(jié)溫度從260℃降低至160℃。同時(shí),銅納米顆粒熱分析曲線上的放熱峰被證實(shí)為燒結(jié)峰。甲酸處理的時(shí)間對(duì)銅納米顆粒的燒結(jié)行為有著顯著影響,長(zhǎng)時(shí)間甲酸處理的銅納米顆粒成短程燒結(jié)結(jié)構(gòu),而短時(shí)間甲酸處理的銅納米顆粒成長(zhǎng)程燒結(jié)結(jié)構(gòu)。本文研制了一種可低溫?zé)Y(jié)、具有高導(dǎo)電性的甲酸處理銅納米顆粒導(dǎo)電油墨。該導(dǎo)電油墨經(jīng)260℃燒結(jié)60 min后的燒結(jié)薄膜電阻率為6.12μΩ·cm,僅為原始銅納米顆粒導(dǎo)電油墨燒結(jié)薄膜電阻率的三分之一。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,甲酸處理銅納米顆粒導(dǎo)電油墨具有較好的導(dǎo)電性是由低孔隙、連續(xù)性好的燒結(jié)組織決定的,燒結(jié)薄膜中無(wú)氧化物殘留也是獲得優(yōu)異導(dǎo)電性的原因之一。此外,本文通過(guò)對(duì)銅納米顆粒燒結(jié)過(guò)程的原位觀察,討論了銅納米顆粒間的低溫?zé)Y(jié)互連機(jī)理。本文研究了銅納米顆粒膏的壓力輔助燒結(jié)行為及其低溫?zé)Y(jié)互連工藝與連接接頭性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,甲酸處理銅納米顆粒膏的性能始終優(yōu)于原始銅納米顆粒膏。其中,甲酸處理銅納米顆粒膏經(jīng)260℃燒結(jié)5 min后的燒結(jié)薄膜電阻率為5.65μΩ·cm,而原始銅納米顆粒膏燒結(jié)薄膜的電阻率為28.70μΩ·cm。此時(shí),甲酸處理銅納米顆粒膏連接接頭的剪切強(qiáng)度為43.41 MPa,原始銅納米顆粒膏連接接頭的剪切強(qiáng)度僅為23.92 MPa,本文提出的甲酸處理銅納米顆粒膏具有重要的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用意義。此外,銅納米顆粒膏燒結(jié)體內(nèi)存在高密度的共格孿晶,這是燒結(jié)連接接頭擁有高剪切強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的主要原因之一。透射電鏡分析證明銅納米顆粒燒結(jié)層與銅焊盤(pán)間的結(jié)合為冶金接合�；谶B接接頭的微觀結(jié)構(gòu),結(jié)合金屬納米顆粒與銅焊盤(pán)燒結(jié)的“球-板模型”,得出燒結(jié)脈絡(luò)與銅焊盤(pán)間的鈍角接觸更有利于連接接頭力學(xué)性能提升的結(jié)論。
[Abstract]:The sintering behavior of copper nanoparticles is studied by optimizing the surface composition of copper nanoparticles , the sintering temperature of copper nanoparticles is reduced from 260.degree . C . to 160.d egree . C . It is concluded that the obtuse angle contact between the sintering pulse and the copper pad is more beneficial to the mechanical performance of the connection joint .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.121

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7 張路f，

本文編號(hào)：1972396