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1、隨著電子封裝系統(tǒng)的功率密度日益增大,散熱成為影響封裝系統(tǒng)可靠性和使用壽命的重要因素。納米銀漿由于可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)形成可高溫服役的互連接頭且該接頭具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而受到廣泛的研究。但是,納米銀漿的應(yīng)用仍然被其過(guò)長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間(20-30min)、較高的燒結(jié)溫度(>250℃)以及燒結(jié)壓力的施加所限制。在燒結(jié)機(jī)理研究方面,對(duì)于作為納米銀漿中重要組成部分的有機(jī)包覆層的行為與納米銀顆粒的燒結(jié)過(guò)程往往獨(dú)立起來(lái)進(jìn)行單獨(dú)的討論與分析,這與實(shí)際情況不符。另
2、外,截至目前,納米銀漿低溫?zé)Y(jié)形成可高溫服役互連接頭的特性尚未被驗(yàn)證。本文針對(duì)以往研究的不足,對(duì)有機(jī)包覆層影響下納米銀顆粒的燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了研究,揭示了有機(jī)物在燒結(jié)過(guò)程中的分解變化行為,并分析了其對(duì)燒結(jié)試樣微觀組織和物理性能的影響。通過(guò)優(yōu)化有機(jī)包覆層的含量,提高了納米銀漿燒結(jié)試樣的熱導(dǎo)率,改善了互連工藝性。同時(shí),對(duì)納米銀漿低溫?zé)Y(jié)試樣的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
本文通過(guò)化學(xué)還原的方法制備了水基的納米銀漿,由于沒(méi)有加入額外的有機(jī)聚合
3、物使得燒結(jié)溫度顯著下降,在低溫情況下實(shí)現(xiàn)了無(wú)壓燒結(jié)。燒結(jié)的微觀組織呈現(xiàn)由二維鏈狀組織組成的松塔狀形貌。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)使用不同種類(lèi)及濃度參數(shù)的絮凝劑對(duì)有機(jī)包覆層的含量進(jìn)行了控制,實(shí)現(xiàn)了納米銀顆粒不發(fā)生預(yù)先團(tuán)聚的前提下降低有機(jī)包覆層含量。有機(jī)包覆層含量減少后的納米銀顆粒在燒結(jié)過(guò)程中由于與其它納米銀顆粒的接觸面增多而呈現(xiàn)三維生長(zhǎng)方式,形成網(wǎng)絡(luò)狀的燒結(jié)組織。通過(guò) TEM觀察,在這種燒結(jié)組織內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了大量的孿晶,由于孿晶界對(duì)電子的散射效應(yīng)十分有
4、限,其散射能力不到普通大角度晶界的十分之一,加上貫穿晶粒的孿晶可以在大角度晶界處引入原子排列較為規(guī)則的低Σ重位點(diǎn)陣晶界,使燒結(jié)組織具有很低的熱阻。這種材料克服了具有納米晶粒尺寸的金屬由于晶界散射效應(yīng),其熱導(dǎo)率顯著下降的本征缺陷。獲得的納米銀漿燒結(jié)試樣熱導(dǎo)率高達(dá)229W/m·K。通過(guò)優(yōu)化有機(jī)包覆層的含量,在150-200℃的燒結(jié)溫度下,實(shí)現(xiàn)了納米銀漿快速無(wú)壓低溫?zé)Y(jié)互連工藝,燒結(jié)時(shí)間縮短至30-120s,互連接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到16-34MP
5、a。
通過(guò)測(cè)量納米銀漿燒結(jié)試樣隨溫度上升的尺寸變化情況,分析研究了納米銀漿作為互連接頭材料的高溫服役可靠性。結(jié)果顯示,由于在燒結(jié)組織內(nèi)部均勻分布著納米或亞微米級(jí)的孔洞,使得燒結(jié)納米銀漿的熱膨脹系數(shù)在30℃到150℃范圍內(nèi)略低于塊體銀的熱膨脹系數(shù)。這種孔洞的存在有助于應(yīng)力的釋放與緩沖。當(dāng)測(cè)試溫度超過(guò)試樣的燒結(jié)溫度后,試樣尺寸開(kāi)始發(fā)生收縮,原因是低溫?zé)Y(jié)后,其微觀組織沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),隨著溫度的升高,燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力增加,微觀組織會(huì)繼續(xù)
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