小尺寸納米銀焊膏低溫低壓連接工藝及其機(jī)理研究.pdf

1、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

2、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

3、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

4、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)