錫粉摻雜納米銀焊膏的低溫?zé)o壓燒結(jié)研究.pdf

1、錫粉摻雜錫粉摻雜納米銀焊膏納米銀焊膏的低溫?zé)o壓燒結(jié)的低溫?zé)o壓燒結(jié)研究研究AStudyonPressurelessLowTemperatureSinteringofTinDopedNanosilverPaste領(lǐng)域：材料加工工程作者姓名：楊呈祥指導(dǎo)教師：陸國(guó)權(quán)教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月摘要相較于目前普遍使用的硅半導(dǎo)體材料，現(xiàn)今的新型電子半導(dǎo)體材料碳化硅、氮化鎵等有著更高的功率密度，更大的散熱需求和更寬的操作溫度。這些大

2、功率的器件要承受很高的工作溫度，而且器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，如果不能及時(shí)處理將會(huì)造成器件穩(wěn)定性降低。納米銀焊膏由于能夠?qū)崿F(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，且燒結(jié)完成后為單質(zhì)銀層多孔材料，具有優(yōu)良的熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)性能和可靠性，以及可以應(yīng)用于高溫環(huán)境，而成為一種高功率器件的芯片級(jí)連接材料。但是，由于納米銀焊膏燒結(jié)溫度（280oC）較高，其在一些領(lǐng)域并不適用于工業(yè)應(yīng)用。因此，為了降低納米銀焊膏的燒結(jié)溫度，本文采用瞬態(tài)液相燒結(jié)理論，通過(guò)向納米銀焊膏中摻雜一定量的微米

3、粒徑的錫膏，將二者溶于有機(jī)溶劑，通過(guò)機(jī)械振蕩，超聲振蕩混合均勻，恒溫水浴揮發(fā)至適宜的粘度，制成摻雜微米錫粉的納米銀焊膏（TDSP（tindopedsilverpaste）），并利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）對(duì)TDSP各元素面分布做了測(cè)定和分析，結(jié)果表明，制作完成的TDSP粒子之間基本無(wú)團(tuán)聚，各元素混合均勻。其次，本文通過(guò)對(duì)制作完成的TDSP膏體進(jìn)行失重分析（TGA），考察了燒結(jié)過(guò)程中有機(jī)物揮發(fā)的機(jī)制，確定了合理的試驗(yàn)參數(shù)，從而制定了相應(yīng)的

4、燒結(jié)工藝。其中，燒結(jié)工藝中最高的燒結(jié)溫度為235oC，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般納米銀焊膏的最高燒結(jié)溫度（280oC）。通過(guò)SEM對(duì)燒結(jié)TDSP做微觀分析，結(jié)果表明，燒結(jié)的TDSP是AgAg3SnAgSn固溶體的復(fù)合物。并且，隨著摻雜的錫的含量的增多，生成的Ag3Sn量也增多。Ag3Sn金屬間化合物以球形形狀存在。之后，本文分析了TDSP瞬態(tài)液相燒結(jié)機(jī)制。TDSP的燒結(jié)是一個(gè)由固態(tài)擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃簲U(kuò)散的過(guò)程，擴(kuò)散過(guò)程中由于液相的出現(xiàn)，加快了粒子的遷移速

5、率，燒結(jié)也更為致密。最后，本文用Cond150剪切機(jī)對(duì)燒結(jié)TDSP接頭的連接強(qiáng)度做了檢測(cè)，結(jié)果表明，當(dāng)向納米銀焊膏中摻雜的錫含量為4wt.%時(shí)，燒結(jié)TDSP接頭連接強(qiáng)度最高，隨著錫含量的增加，接頭剪切強(qiáng)度下降到低水平，通過(guò)XRD對(duì)燒結(jié)TDSP做檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜的錫的含量的增多，銀基體XRD峰向右偏移，Ag3Sn金屬間化合物的相對(duì)含量增多，說(shuō)明第二相強(qiáng)化機(jī)制和固溶強(qiáng)化機(jī)制對(duì)于接頭連接強(qiáng)度的提高起了重要的作用；但是摻雜的錫含量超過(guò)5wt.