銅錫核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備與表征.pdf

1、近年來隨著電子工業(yè)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品性能逐步提高并向小型化、集成化發(fā)展。由于無鉛化禁令的頒布，目前大部分的含鉛釬料均被其他成分所替代。當(dāng)前，高溫功率器件芯片鍵合主要有納米漿料燒結(jié)法、瞬態(tài)液相連接法、高溫合金釬料焊接等，其中，納米銀漿燒結(jié)形成的接頭具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，但銀存在電遷移等問題，同時納米漿料制備成本高，難以進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)；瞬態(tài)液相連接工藝成本低，但容易發(fā)生反應(yīng)不完全的現(xiàn)象，易造成可靠性問題。因此，本課題旨在探索一種

2、既能在較低溫度下（低于300℃）形成冶金連接，又能夠保證所獲得接頭在高溫下（高于250℃）服役，同時回流時間能夠控制在合理范圍內(nèi)，價格又非常低廉的一種新型互連材料。
　　基于納米材料具有的尺寸效應(yīng)，納米金屬顆粒具有明顯優(yōu)勢，然而，除銀納米顆粒（Ag nanoparticles,AgNPs）之外，CuNPs具有更好的成本優(yōu)勢。但是由于Cu易氧化，本文提出一種具有核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒作為互連材料，即，外層為Sn內(nèi)層為Cu的核殼結(jié)構(gòu)，其優(yōu)

3、點(diǎn)在于，當(dāng)在250℃下回流時，外層Sn熔化形成連接并與內(nèi)層Cu核反應(yīng)生成金屬間化合物，最終形成具有金屬間化合物中分散有Cu顆粒的焊縫結(jié)構(gòu)，具有很高的熔點(diǎn)，因此具有低溫成形高溫服役潛力。
　　本文采用液相化學(xué)還原法成功制備出Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。研究了以一縮二乙二醇為溶劑、PVP為分散劑的體系中制備納米銅的方法。通過改變還原劑的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間的前驅(qū)物濃度等關(guān)鍵變量，得到制備納米銅的最優(yōu)條件。在此基礎(chǔ)上利用制得的銅納米

4、顆粒制備Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，在配位劑的作用下使Cu2+/Cu電對的電極電位降低，置換出比Cu活潑的Sn2+，同樣探究了制備Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的最優(yōu)條件。
　　通過最優(yōu)工藝參數(shù)制備出的Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒在30MPa壓力下壓制成塊體，然后分別在200℃、250℃和300℃進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的塊體通過SEM觀察，發(fā)現(xiàn)了顆粒燒結(jié)頸的形成。同時，對燒結(jié)后的塊體進(jìn)行了性能測試。通過比較發(fā)現(xiàn)250℃下燒結(jié)的塊體具有最優(yōu)的性