Ni/Ag纳米结构制备及其纳米连接接头性能的研究

发布时间：2021-02-10 09:50

　　纳米连接材料可以很好地满足大功率器件的封装要求,由于纳米连接材料微观结构与传统焊盘存在较大差异,导致其在使用过程中存在微观尺度的不兼容。为了更好地实现低温连接高温服役的目的,在传统铜焊盘表面直接电沉积制备了Ni纳米阵列,并对Ni纳米阵列表面化学镀银工艺进行了研究,通过SEM、AFM等手段分析了不同清洗工艺、镀液组成、施镀温度和时间对Ag镀层微观结构的影响。得到的Ni/Ag表面纳米结构与纳米银连接材料进行直接热压烧结连接,接头剪切强度测试结果表明,其剪切强度较铜焊盘接头提高了14倍。 

【文章来源】：材料保护. 2020,53(06)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

Ni纳米阵列的微观结构形貌

将Ni纳米阵列置于化学镀银液中进行2 min的化学镀银后，得到的表面形貌见图2。从图2可以看出，Ag离子在Ni纳米阵列表面进行了还原，在Ni纳米阵列表面覆盖了一层Ag层，由于Ni纳米阵列的单体为纳米针锥，Ni纳米针锥不同位置的化学能有明显的差异，针锥顶部的化学反应活性远高于针锥底部，导致针锥顶部优先进行化学镀银反应，形成了顶部为Ag的Ni纳米针锥结构，Ag和Ni之间存在明显的电位差，形成了局部的腐蚀原电池，后续还原的Ag原子继续在针锥的顶部沉积，形成了图中针锥顶部的类似银球结构。从图2可以看出，Ni纳米针锥顶部形成的Ag纳米球的尺寸为300 nm左右，很大程度上破坏了Ni纳米阵列的微观结构，增大了焊盘微观结构的尺寸，不利于后续与纳米连接材料的烧结。为了实现Ni纳米阵列表面Ag层原位沉积，保证纳米阵列的微观结构，需优化Ni纳米阵列表面化学镀银的工艺，分别就添加剂残留、Ag盐浓度、施镀温度和时间等工艺参数对Ag纳米阵列微观结构的影响进行了研究。

首先分析有机物残留对镀层形貌的影响。在镀镍过程中使用了较高浓度的有机添加剂，水洗后可能仍有部分残留在镍层表面，阻挡针锥底部区域与化学镀银溶液接触，导致Ni针锥顶部形成过大的银球，在镀银前将Ni纳米阵列放入乙醇中超声清洗3 min，并用去离子水冲洗以去除可能残留的有机添加剂。图3为不同清洗方式Ag层的微观形貌对比。从图3可以看出，经乙醇超声清洗后银镀层的粒径为257 nm，与未清洗前银镀层颗粒270 nm相比略有降低，这说明有机物残留对微观形貌的影响不明显，乙醇超声清洗可以在一定程度上降低Ag层的微观粒径。2.2.2 Ag盐浓度对Ag层微观结构的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米银与纳米铜混合焊膏用于电子封装低温烧结连接[J]. 张颖川,闫剑锋,邹贵生,白海林,刘磊,闫久春,ZHOU Yunhong.  焊接学报. 2013(08)

硕士论文
[1]基于微纳米阵列材料的低温互连技术研究[D]. 徐坡.上海交通大学 2009



本文编号：3027180