錫粉摻雜納米銀焊膏的低溫無壓燒結研究.pdf

1、錫粉摻雜錫粉摻雜納米銀焊膏納米銀焊膏的低溫無壓燒結的低溫無壓燒結研究研究AStudyonPressurelessLowTemperatureSinteringofTinDopedNanosilverPaste領域：材料加工工程作者姓名：楊呈祥指導教師：陸國權教授天津大學材料科學與工程學院二零一五年十二月摘要相較于目前普遍使用的硅半導體材料，現(xiàn)今的新型電子半導體材料碳化硅、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，而且器件工作時產生的熱量，如果不能及時處理將會造成器件穩(wěn)定性降低。納米銀焊膏由于能夠實現(xiàn)低溫燒結，且燒結完成后為單質銀層多孔材料，具有優(yōu)良的熱學、電學、力學性能和可靠性，以及可以應用于高溫環(huán)境，而成為一種高功率器件的芯片級連接材料。但是，由于納米銀焊膏燒結溫度（280oC）較高，其在一些領域并不適用于工業(yè)應用。因此，為了降低納米銀焊膏的燒結溫度，本文采用瞬態(tài)液相燒結理論，通過向納米銀焊膏中摻雜一定量的微米

3、粒徑的錫膏，將二者溶于有機溶劑，通過機械振蕩，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）），并利用場發(fā)射掃描電鏡（SEM）對TDSP各元素面分布做了測定和分析，結果表明，制作完成的TDSP粒子之間基本無團聚，各元素混合均勻。其次，本文通過對制作完成的TDSP膏體進行失重分析（TGA），考察了燒結過程中有機物揮發(fā)的機制，確定了合理的試驗參數(shù)，從而制定了相應的

4、燒結工藝。其中，燒結工藝中最高的燒結溫度為235oC，遠遠低于一般納米銀焊膏的最高燒結溫度（280oC）。通過SEM對燒結TDSP做微觀分析，結果表明，燒結的TDSP是AgAg3SnAgSn固溶體的復合物。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)液相燒結機制。TDSP的燒結是一個由固態(tài)擴散轉變?yōu)楣桃簲U散的過程，擴散過程中由于液相的出現(xiàn)，加快了粒子的遷移速

5、率，燒結也更為致密。最后，本文用Cond150剪切機對燒結TDSP接頭的連接強度做了檢測，結果表明，當向納米銀焊膏中摻雜的錫含量為4wt.%時，燒結TDSP接頭連接強度最高，隨著錫含量的增加，接頭剪切強度下降到低水平，通過XRD對燒結TDSP做檢測，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含量增多，說明第二相強化機制和固溶強化機制對于接頭連接強度的提高起了重要的作用；但是摻雜的錫含量超過5wt.