微米银/铜颗粒增强锡基钎料的研究
发布时间：2021-10-23 17:34
随着电子技术的不断发展,新型电子器件对小型化,集成化的要求越来越高。为满足对高性能电子器件的需求,开发和设计恰当的三维封装结构成为了电子封装研究的一个重要内容,而三维封装的实现需要多级封装工艺。传统的多级封装工艺的实现依靠不同熔点的钎料的次序使用,这带来了极大的工艺复杂度和极高的生产成本,大大限制了三维封装的应用。为了解决上述问题,开发新型连接材料势在必行。新型连接材料的冶金特性在一次重熔后改变,熔化温度范围扩大,有潜力提高焊点在后级连接工艺中的稳定性,满足使用同一材料,同一工艺进行多级封装的需求。综合考虑纳米焊膏烧结工艺,固液互扩散键合工艺和复合钎料钎焊工艺。微米金属颗粒增强的锡基复合钎料具有材料成本低廉,工艺简单,材料灵活多变等优点,本文认为其应用前景最为广泛。因此本文将采用化学还原法制备不同形状和尺寸的微米银和微米铜颗粒,并以此制备锡基复合钎料,探究银/铜微粒增强的锡基复合钎料在多级封装中的应用前景。首先本文通过调整金属盐,还原剂,分散剂,反应温度等参数,使用化学还原法成功地制备了三种微米颗粒,分别是平均直径2μm的微米银片,平均直径1μm的微米银颗粒和微米铜颗粒。分别将上述三种...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维系统级封装结构示意图
第1章绪论-3-烧结完成后，表面原子耗尽，烧结体恢复原本块体材料的部分性质，获得在相对高的温度下的稳定性。分子动力学模拟可以直接得到银纳米颗粒的“熔点”与其尺寸的关系[19]，如图1-2所示。可以看出，随着银颗粒的直径减小，其“熔点”不断降低，并且在到达某一临界值后，“熔点”呈断崖式下跌。通过机械混合物料、超声搅拌分散、真空蒸发等处理方法，将银纳米材料与有机辅助材料进行混合制备银纳米焊膏是现阶段纳米焊膏研究和应用的主流[20]。这是因为银材料具有优异的导电导热性，以及较强的抗氧化性能，有潜力获得性能优异的互连焊点。并且银纳米材料的制备相对简单，形状和尺寸可控性高，有利于调控焊膏性质。目前研究者主要关注于银纳米材料的制备，银纳米焊膏的导电性能和导热性能，连接接头的力学性能等方面的问题。剪切强度是分析银纳米焊膏烧结接头机械性能的常用手段。相对于常见的锡基钎料，银纳米焊膏可以获得更高的焊后剪切强度[21]。例如，WissamSabbah等人[22]使用金锗钎料、微米银焊膏和银纳米焊膏连接硅芯片和氮化硅基板，其中银纳米焊膏的接头的最高焊后剪切强度可以超过100MPa，其余二者均不超过70MPa，具有显著的优势。除此以外，尽管银纳米焊膏的烧结体是多孔结构，使得银的优异性能有所损失，银纳米焊膏焊点仍然具有比传统锡基钎料更好的导热、导电性。尽管银纳米焊膏具有诸多优点，但是银元素易于发生电迁移的性质[23]大大影响了其长期服役的可靠性。在环境中的水汽，空气污染物，以及工作电位差的影响下，阳极端的银元素会溶解并迁移至阴极，导致器件发生短路或断路造成失效。这严重制约了银纳米焊膏在功率器件等封装领域的广泛应用[24]。图1-2银纳米粒子熔点与粒径的关系[19]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-4经350摄氏度高温存储的芯片键合截面图[31]a)200h,b)400h,c)800h,d)1200h图1-3高温下氧气经烧结银扩散与裸铜片反应后的SEM图像和元素面分布[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于硅转接板的光电混合集成共封装技术研究[J]. 隗娟,刘丰满,薛海韵,孙瑜,何慧敏,李志雄,曹立强. 微纳电子与智能制造. 2019(03)
[2]电磁屏蔽和导热材料发展现状及行业趋势[J]. 罗文谦. 新材料产业. 2019(06)
[3]聚合物基热界面材料的研究现状[J]. 胡思聪,吴丰顺,莫丽萍,刘辉,周政. 电子元件与材料. 2018(12)
[4]机械合金化制备Ag-Cu-Sn钎料的组织和热稳定性[J]. 刘薇,范仲华,王晓蓉,余丁坤,陈融,沈杭燕,郭驾宇,郭冰,何鹏. 材料科学与工程学报. 2017(04)
[5]一种新颖的制备片状银粉的湿化学法(英文)[J]. 翟爱霞,蔡雄辉,杜斌. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(05)
[6]银纳米粒子熔化的尺寸效应研究[J]. 崔健磊,杨立军,王扬. 稀有金属材料与工程. 2014(02)
[7]纳米TiO2颗粒对SnAgCu钎料组织与性能的影响[J]. 张亮,韩继光,刘凤国,郭永环,何成文. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[8]实施系统封装方案以提高系统整体功能和性能[J]. 柯睿德,邹毅达,文声敏. 中国集成电路. 2013(03)
[9]微电子封装技术的发展趋势[J]. 张力元. 云南科技管理. 2012(04)
博士论文
[1]Ag-Cu超饱和固溶体纳米颗粒纳米冶金及抗电化学迁移机理[D]. 刘晓剑.哈尔滨工业大学 2017
[2]Cu6Sn5纳米颗粒低温烧结机理及耐高温纳米晶接头的制备[D]. 钟颖.哈尔滨工业大学 2017
[3]Sn基复合无铅钎料的研究[D]. 刘晓英.大连理工大学 2010
[4]高密度MCM-L的散热及热机械可靠性研究[D]. 程迎军.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
硕士论文
[1]电镀增强型铜纳米线柔性电极制备及稳定性研究[D]. 张贺.哈尔滨工业大学 2019
[2]互连与封装结构的多物理场算法研究及软件开发[D]. 姜鑫.上海交通大学 2019
[3]复合微纳米Cu@Ag焊膏烧结工艺及其性能研究[D]. 吴楠.哈尔滨理工大学 2019
[4]三维封装系统TSV和微通道的热建模技术[D]. 戈长丽.上海交通大学 2019
[5]抗氧化超细铜粉和铜导体浆料的制备及性能研究[D]. 马小强.昆明理工大学 2017
[6]纳米Cu6Sn5焊膏制备与功率芯片贴装键合工艺[D]. 马慧文.哈尔滨工业大学 2016
[7]微电子工业用超细铜粉的制备及应用研究[D]. 李代颖.中国舰船研究院 2013
[8]微米级超细银粉的可控制备[D]. 吴超.中南大学 2012
[9]新型Sn-Ag-Bi-Cu-In钎料合金研究[D]. 杨志.昆明理工大学 2006
本文编号：3453603
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维系统级封装结构示意图
第1章绪论-3-烧结完成后，表面原子耗尽，烧结体恢复原本块体材料的部分性质，获得在相对高的温度下的稳定性。分子动力学模拟可以直接得到银纳米颗粒的“熔点”与其尺寸的关系[19]，如图1-2所示。可以看出，随着银颗粒的直径减小，其“熔点”不断降低，并且在到达某一临界值后，“熔点”呈断崖式下跌。通过机械混合物料、超声搅拌分散、真空蒸发等处理方法，将银纳米材料与有机辅助材料进行混合制备银纳米焊膏是现阶段纳米焊膏研究和应用的主流[20]。这是因为银材料具有优异的导电导热性，以及较强的抗氧化性能，有潜力获得性能优异的互连焊点。并且银纳米材料的制备相对简单，形状和尺寸可控性高，有利于调控焊膏性质。目前研究者主要关注于银纳米材料的制备，银纳米焊膏的导电性能和导热性能，连接接头的力学性能等方面的问题。剪切强度是分析银纳米焊膏烧结接头机械性能的常用手段。相对于常见的锡基钎料，银纳米焊膏可以获得更高的焊后剪切强度[21]。例如，WissamSabbah等人[22]使用金锗钎料、微米银焊膏和银纳米焊膏连接硅芯片和氮化硅基板，其中银纳米焊膏的接头的最高焊后剪切强度可以超过100MPa，其余二者均不超过70MPa，具有显著的优势。除此以外，尽管银纳米焊膏的烧结体是多孔结构，使得银的优异性能有所损失，银纳米焊膏焊点仍然具有比传统锡基钎料更好的导热、导电性。尽管银纳米焊膏具有诸多优点，但是银元素易于发生电迁移的性质[23]大大影响了其长期服役的可靠性。在环境中的水汽，空气污染物，以及工作电位差的影响下，阳极端的银元素会溶解并迁移至阴极，导致器件发生短路或断路造成失效。这严重制约了银纳米焊膏在功率器件等封装领域的广泛应用[24]。图1-2银纳米粒子熔点与粒径的关系[19]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-4经350摄氏度高温存储的芯片键合截面图[31]a)200h,b)400h,c)800h,d)1200h图1-3高温下氧气经烧结银扩散与裸铜片反应后的SEM图像和元素面分布[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于硅转接板的光电混合集成共封装技术研究[J]. 隗娟,刘丰满,薛海韵,孙瑜,何慧敏,李志雄,曹立强. 微纳电子与智能制造. 2019(03)
[2]电磁屏蔽和导热材料发展现状及行业趋势[J]. 罗文谦. 新材料产业. 2019(06)
[3]聚合物基热界面材料的研究现状[J]. 胡思聪,吴丰顺,莫丽萍,刘辉,周政. 电子元件与材料. 2018(12)
[4]机械合金化制备Ag-Cu-Sn钎料的组织和热稳定性[J]. 刘薇,范仲华,王晓蓉,余丁坤,陈融,沈杭燕,郭驾宇,郭冰,何鹏. 材料科学与工程学报. 2017(04)
[5]一种新颖的制备片状银粉的湿化学法(英文)[J]. 翟爱霞,蔡雄辉,杜斌. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(05)
[6]银纳米粒子熔化的尺寸效应研究[J]. 崔健磊,杨立军,王扬. 稀有金属材料与工程. 2014(02)
[7]纳米TiO2颗粒对SnAgCu钎料组织与性能的影响[J]. 张亮,韩继光,刘凤国,郭永环,何成文. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[8]实施系统封装方案以提高系统整体功能和性能[J]. 柯睿德,邹毅达,文声敏. 中国集成电路. 2013(03)
[9]微电子封装技术的发展趋势[J]. 张力元. 云南科技管理. 2012(04)
博士论文
[1]Ag-Cu超饱和固溶体纳米颗粒纳米冶金及抗电化学迁移机理[D]. 刘晓剑.哈尔滨工业大学 2017
[2]Cu6Sn5纳米颗粒低温烧结机理及耐高温纳米晶接头的制备[D]. 钟颖.哈尔滨工业大学 2017
[3]Sn基复合无铅钎料的研究[D]. 刘晓英.大连理工大学 2010
[4]高密度MCM-L的散热及热机械可靠性研究[D]. 程迎军.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2006
硕士论文
[1]电镀增强型铜纳米线柔性电极制备及稳定性研究[D]. 张贺.哈尔滨工业大学 2019
[2]互连与封装结构的多物理场算法研究及软件开发[D]. 姜鑫.上海交通大学 2019
[3]复合微纳米Cu@Ag焊膏烧结工艺及其性能研究[D]. 吴楠.哈尔滨理工大学 2019
[4]三维封装系统TSV和微通道的热建模技术[D]. 戈长丽.上海交通大学 2019
[5]抗氧化超细铜粉和铜导体浆料的制备及性能研究[D]. 马小强.昆明理工大学 2017
[6]纳米Cu6Sn5焊膏制备与功率芯片贴装键合工艺[D]. 马慧文.哈尔滨工业大学 2016
[7]微电子工业用超细铜粉的制备及应用研究[D]. 李代颖.中国舰船研究院 2013
[8]微米级超细银粉的可控制备[D]. 吴超.中南大学 2012
[9]新型Sn-Ag-Bi-Cu-In钎料合金研究[D]. 杨志.昆明理工大学 2006
本文编号：3453603
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3453603.html
