微米Ag/纳米Ag-Cu颗粒混合焊膏的制备及性能研究
发布时间：2022-02-10 16:09
纳米Ag和纳米Cu是目前纳米互连材料研究的热点,但是Cu易发生氧化,Ag的抗电化学迁移性能太差,制约了二者的使用。而且单质的纳米材料烧结体存在致密度不高、导电性不佳、抗热循环性能差等缺点,且进行烧结互连时需要施加压力,为电子器件的制造增加了工艺难度。所以,寻求一种同时兼具抗氧化性和抗电化学迁移性的材料成为目前纳米互连材料的重要研究方向。本文设计并制备了一种同时兼具抗氧化性和抗电化学迁移性的Ag-Cu二元合金的纳米颗粒,制备方法简单,产率高。利用这种纳米颗粒与微米Ag颗粒相互搭配制备出微纳混合焊膏,在致密度、机械强度、导电性、导热性能相比于传统单质金属纳米焊膏都有了较大提升。采用化学液相还原法制备了纳米Ag-Cu固溶体颗粒和微米Ag颗粒,并探究了不同的原料选择和工艺参数对颗粒形貌和粒径的影响。发现当使用强还原剂同时还原AgNO3和Cu（NO3）2且以柠檬酸为分散剂时,得到纳米Ag-Cu固溶体颗粒;当以弱还原剂抗坏血酸还原AgNO3且以PVP为分散剂时,得到微米Ag颗粒。且不同的滴加方式和反应温度都会对...
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC器件的发展历程[5]
?泄ひ瞪系挠τ茫??匝芯咳?员通常从纳米颗粒制备、焊膏有机物调配和烧结工艺三个方面对互连材料和互连工艺进行研究探索[23]。并且随着对工艺和材料的研究的深入，反过来对互连材料的连接机理和相关理论的完善也产生了巨大的推动作用。这促使研究人员进一步优化焊膏成分、调整焊膏配比、优化互连工艺。材料、工艺、理论[24]三者成为有机的整体、共同进步发展。目前为了解决Ag、Cu各自的缺点，主要有三种解决办法：(1)通过将纳米Ag和纳米Cu颗粒机械混合；(2)制备Cu@Ag核壳结构的纳米颗粒；(3)制备Ag-Cu纳米合金，示意图如图1-2.。以上三种是目前研究人员正在研究和尝试的方法，希望能够达到互相抑制电化学迁移性和氧化性。而其中的Ag-Cu纳米合金被视为最有可能达到目的的办法。图1-2三种处理方式示意图1.2.2纳米Ag/纳米Cu颗粒混合焊膏的制备Li[25]等人采用100nm左右的纳米Ag和纳米Cu进行混合，制备出Ag/Cu混合焊膏，之后采用低温烧结的方式，对Cu-Cu进行互连，烧结温度为250℃。结果发现，这种方式配制的焊膏互连效果并不好，剪切强度较低，仅为20.32MPa如图1-3所示。胡[26]等人采用多元醇法，分别制备了纳米Cu颗粒和纳米Ag颗粒，Ag颗粒的粒径为40-60nm，Cu颗粒的粒径为100-120nm，这在粒径上形成了一定的梯度。并按照Ag/Cu比例为2:1和3:1制备出两种不同的焊膏，分别对Cu母材进行低温烧结连接，烧结温度300℃，连接压力为5MPa，保温时间20min。实验发现，随着Cu的加入，互连接头的剪切强度有所下降。在断口处进行EDS面扫描分析发现，发生塑性变形的位置多是富含Ag元素的，说明Ag的连接效果要优于Cu元素。而且在对焊膏颗粒进行XRD表征时，如图1-4所示，Cu纳米颗粒仍然有明显的氧化相。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-3互连接头剪切强度[25]图1-4Cu纳米颗粒XRD衍射图谱[26]清华大学邹贵生等[27]分别制备了纳米Ag颗粒和纳米Cu颗粒，并将其混合。之后对混合焊膏进行热性能分析，进行TG-DSC测试，结果如图1-5所示。在250℃之前，混合焊膏质量一直在下降，这是有机包覆剂在逐渐分解挥发。但是当温度达到250℃之后，质量突然增加，说明Cu发生了氧化现象。图1-5Ag-Cu混合纳米焊膏TG/DSC曲线和不同温度烧结后的XRD图谱[27]综合以上研究的分析结果，纳米Ag和纳米Cu的机械混合并不能很好的实现抗氧化性和抗电化学迁移性的目标。首先纳米Cu本身就极易氧化，表面需要有机包覆剂保护，以确保在烧结之前不会出现氧化。但是在烧结过程中，一旦有机物分解，Cu颗粒便会暴露在空气中，之后便会发生氧化，这也说明这种简单
【参考文献】：
硕士论文
[1]纳米Ag/Cu复合焊膏的低温烧结连接研究[D]. 胡坤.武汉工程大学 2018
本文编号：3619133
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC器件的发展历程[5]
?泄ひ瞪系挠τ茫??匝芯咳?员通常从纳米颗粒制备、焊膏有机物调配和烧结工艺三个方面对互连材料和互连工艺进行研究探索[23]。并且随着对工艺和材料的研究的深入，反过来对互连材料的连接机理和相关理论的完善也产生了巨大的推动作用。这促使研究人员进一步优化焊膏成分、调整焊膏配比、优化互连工艺。材料、工艺、理论[24]三者成为有机的整体、共同进步发展。目前为了解决Ag、Cu各自的缺点，主要有三种解决办法：(1)通过将纳米Ag和纳米Cu颗粒机械混合；(2)制备Cu@Ag核壳结构的纳米颗粒；(3)制备Ag-Cu纳米合金，示意图如图1-2.。以上三种是目前研究人员正在研究和尝试的方法，希望能够达到互相抑制电化学迁移性和氧化性。而其中的Ag-Cu纳米合金被视为最有可能达到目的的办法。图1-2三种处理方式示意图1.2.2纳米Ag/纳米Cu颗粒混合焊膏的制备Li[25]等人采用100nm左右的纳米Ag和纳米Cu进行混合，制备出Ag/Cu混合焊膏，之后采用低温烧结的方式，对Cu-Cu进行互连，烧结温度为250℃。结果发现，这种方式配制的焊膏互连效果并不好，剪切强度较低，仅为20.32MPa如图1-3所示。胡[26]等人采用多元醇法，分别制备了纳米Cu颗粒和纳米Ag颗粒，Ag颗粒的粒径为40-60nm，Cu颗粒的粒径为100-120nm，这在粒径上形成了一定的梯度。并按照Ag/Cu比例为2:1和3:1制备出两种不同的焊膏，分别对Cu母材进行低温烧结连接，烧结温度300℃，连接压力为5MPa，保温时间20min。实验发现，随着Cu的加入，互连接头的剪切强度有所下降。在断口处进行EDS面扫描分析发现，发生塑性变形的位置多是富含Ag元素的，说明Ag的连接效果要优于Cu元素。而且在对焊膏颗粒进行XRD表征时，如图1-4所示，Cu纳米颗粒仍然有明显的氧化相。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-3互连接头剪切强度[25]图1-4Cu纳米颗粒XRD衍射图谱[26]清华大学邹贵生等[27]分别制备了纳米Ag颗粒和纳米Cu颗粒，并将其混合。之后对混合焊膏进行热性能分析，进行TG-DSC测试，结果如图1-5所示。在250℃之前，混合焊膏质量一直在下降，这是有机包覆剂在逐渐分解挥发。但是当温度达到250℃之后，质量突然增加，说明Cu发生了氧化现象。图1-5Ag-Cu混合纳米焊膏TG/DSC曲线和不同温度烧结后的XRD图谱[27]综合以上研究的分析结果，纳米Ag和纳米Cu的机械混合并不能很好的实现抗氧化性和抗电化学迁移性的目标。首先纳米Cu本身就极易氧化，表面需要有机包覆剂保护，以确保在烧结之前不会出现氧化。但是在烧结过程中，一旦有机物分解，Cu颗粒便会暴露在空气中，之后便会发生氧化，这也说明这种简单
【参考文献】：
硕士论文
[1]纳米Ag/Cu复合焊膏的低温烧结连接研究[D]. 胡坤.武汉工程大学 2018
本文编号：3619133
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3619133.html
