微米Ag/纳米Ag-Cu颗粒混合焊膏的制备及性能研究

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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(NO32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颗粒的粒径和形貌带来重要影响。完成了颗粒的制备之后,开始研究颗粒的抗氧化性。结果显示:纳米Ag-Cu固溶体颗粒具有极强的抗氧化性,存放三个月时间内,未见氧化相生成。将微米颗粒与纳米颗粒混合制备出微纳混合焊膏,对其进行热性能测试时发现,发现烧结温度有所降低,说明微米Ag的加入增强了颗粒间的烧结驱动力进而有助于颗粒间的烧结。使用微米和纳米颗粒制备不同混合比的微纳混合焊膏,制备Cu-Cu互连接头。对烧结体和互连接头的微观形貌进行表征,对互连接头的抗剪切强度、导电性、导热性进行测试和对比。实验结果显示:随着微米Ag颗粒的掺入量的增加,烧结体的致密度、互连接头的机械强度、导电性和导热性均有所提升。当微米Ag加入量达到60%~80%时,微纳混合焊膏的烧结体烧结状态最佳,即以微米颗粒为支撑“骨架”,纳米颗粒为“连接点”的烧结状态,且不需要施加压力即可烧结。
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