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1、近年來(lái)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(wú)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(wèn)題,同時(shí)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(wèn)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(shí)回流時(shí)間能夠控制在合理范圍內(nèi),價(jià)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(shì),然而,除銀納米顆粒(Ag nanoparticles,AgNPs)之外,CuNPs具有更好的成本優(yōu)勢(shì)。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(shí),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(guò)改變還原劑的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)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(duì)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(guò)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(guò)SEM觀察,發(fā)現(xiàn)了顆粒燒結(jié)頸的形成。同時(shí),對(duì)燒結(jié)后的塊體進(jìn)行了性能測(cè)試。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)250℃下燒結(jié)的塊體具有最優(yōu)的性
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