善仁新材纳米烧结银互连结构成型原理及微观结构
纳米颗粒具有特的性能,其比表面积小并且表面曲率半径小,这种特性赋予了它具有比常规的粉体更低的熔点和焊接温度。根据善仁新材研究院的经验得知:纳米银在粒径尺度在10nm以下时,它的烧结温度能降低到100℃以下,比块状时候的熔点的961℃低了800℃以上。与块状银微观结构不同是,纳米烧结银互连层是属于微孔材料,即在其内部分布有众多的微孔隙,微孔隙的尺寸位于亚微米至微米范围间。
纳米烧结银互连层的工艺改进
善仁新材研究院比较了加压微米烧结银和无外加压力纳米烧结银,通过实验发现纳米尺度下的银具有比微米尺度下更高的烧结驱动力,避免了压力烧结条件下对芯片和基板中造成缺陷和裂纹等现象,并发现了烧结温度和烧结压强的增加会降低烧结银的孔隙大小,AS9375无压烧结银的纳米银互连层的结合强度可达45MPa。
其一为改变芯片尺寸,好控制在5×5 mm2以内;其二是在烧结银中添加“特殊物质”。善仁新材公司通过控制烧结温度、温升速度、烧结时间研究出一种烧结方法,在针对10×10mm2的大面积连接时,既降低了烧结温度,又将烧结后的剪切强度提升至50MPa左右。
烧结纳米银导热率及孔隙关系
孔隙对于热传导性能的影响会很大,善仁新材发现:纳米烧结银热流密度分布不均匀,有孔隙的地方会使得周围的热流密度变低,并且随着孔隙率的增加,等效热导率依次减少。空隙率越低,导热系数越高,空隙率越高,导热系数越低。
总结和结论
本文通过对纳米烧结银互连层的形成原理、工艺、烧结后的微观形态及热、力学性能、蠕变本构等方面进行了简要综述。
随着无铅化的推进,善仁新材的纳米烧结银时替代焊锡膏作为连接材料的候选材料之一,特别是在混动和电动汽车,高铁,航空航天,太阳能,深井石油开采等需要在200度恶劣环境下的各种工作应用,必将成为主流的互连材料之一。
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