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[摘 要]微纳衔接技能在集成电路（IC）封装、电子拼装、微电子机械体系制作（MEMS）、医疗器械制作、仪器仪表制作、精细机械制作、柔性电子等范畴具有广泛的使用并发挥着要害的效果。.随着微电子体系、MEMS、精细仪器及机械、电力电子及功率器材等向着更加微型化、多功能方向的开展，其对焊接过程中的温度也越来越灵敏.特别关于一些新出现的基板及涂层资料，如柔性资料、机物发光资料、铁电资料以及有机物资料等也无沼#7}r受太高的温度.这些特色使得传统的软钎焊技能无法习惯.
[关键词]微纳连接技术；研究；进展
中图分类号：TG425.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0166-01
1 微纳连接技术
使用纳米材料复合手段制备纳米焊膏可以实现铅料在低温下连接高温下使用.在降低连接温度的同时实现高可靠性大规模连接，纳米焊膏已成为电子封装领域中主流研究方向.但是，如何将纳米材料优异的性能完全发挥出来仍然存在很多挑战.实现纳米线、纳米颗粒之间可靠的连接对封装整体可靠性至关重要[7es.事实上，在纳米连接过程中涉及到纳米线的可控合成、操控、自组装等其他的纳米科技，并且连接技术与纳米材料本身的热性能、光性能和电性能密切相关，不同材料体系的连接方法也有所差异.根据连接原理的不同，目前的纳米连接技术可以分为以下几类：冷压焊法，加热法，超声键合，钎焊法，电子束辐照，焦耳热法，光/激光辐照法。
1.1 冷压焊法
冷压焊方法的基础理论是，纳米尺度下材料表面原子相互扩散，从而实现纳米线之间或者纳米线和电极之间的互连，而且这一过程是自发的，不需要施加额外的能量[A-91.冷压焊连接方法是对纳米材料尺寸效应最直接的应用.由于纳米材料表面能较高，活性较强，在室温或高真空环境下直接将2根金纳米线对接或者侧面搭接就能自发完成冷焊接[l01.当连接完成后材料表面能下降，从而实现牢靠的接头焊接.冷压焊的方法可以应用于多种材料体系，可控性强，而且冷压焊法无需加热处理，避免了对材料本身的损伤.但是这种方法能够实现连接的颗粒或者纳米线的尺寸需要小于10nm}}}}，因此研究还是以理论为主，未见有大规模应用的报道.而且，由于连接尺度在纳米量级，无法使用常规试验与表征手段.口前，冷压连接过程研究的主要方法为分子动力学模拟和透射显微镜下的原位研究[}z}.虽然表征十分困难，冷压焊方法对研究纳米尺度下原子的扩散行为，具有重要的作用，具有很高的学术研究价值，也是其他连接方法的理论基础.
1.2 加热法
虽然直接利用纳米材料的表面能作为驱动力进行连接十分困难，但是由于尺寸效应，纳米材料的熔点仍然远远低于传统块体材料，这大大降低了纳米连接的温度[‘3es.因此，通过输人少量能量，在较低的温度下就能实现连接，而连接后材料整体尺寸增大，表面能降低，性能接近块体材料，从而实现低温连接高温使用，目前，纳米颗粒的连接行为已经有了相對完善的理论基础.基于纳米材料制备的纳米焊膏已经具有了相对成熟的工艺经验，国内也有一些公司推出了相关产品.因此，当前纳米材料及纳米技术在器件级封装中，应用最为成功、转化最迅速的就是加热法实现纳米焊膏固化，以实现低温连接高温使用.除此之外，加热法还被用于功能器件中微型结构的连接与组装，表面沉积一层碳膜限制。熔化之后的形态，在450600℃淬火使再结晶的纳米线被切断，然后在850-900℃高温加热下，纳米线被连接在一起.即，通过使用限制结构对纳米线的焊接位置进行选择，从而实现纳米线的连接这一方法。
1.3 纳米钎焊法
纳米材料较高的表面能除了能进行自身的连接之外，还可以作为钎料连接其他材料[zs}.类似焊接领域中的钎焊技术，能够保持被连接的对象维持各自的结构和功能的完整性，而且可以根据需求来选择合适的焊料材料[z}}.这一方法能够对纳米线的排列进行控制，形成一定的排布图案.对于MEMS器件而言，使用钎焊技术可以进行微纳尺度的可控组装，如用探针拾取纳米线摆放成预设的形状，再拾取钎料然后对纳米线加电流预热使钎料软化，焊接时施加电压脉冲，产生热量将纳米钎料熔化成焊点并将纳米线焊成一体.但是，不同于微米尺寸的软钎焊连接，精确定位钎料焊接位置仍然比较困难.而随着纳米器件相关技术的不断完善和新技术的不断涌现，以上困难有望解决.另外，结合自组装技术，纳米钎焊法可以用来制备具有特定功能的纳米器件.
1.4 电子束辐照法
电子显微镜是表征纳米材料形貌和结构的有效工具，而纳米材料在高能电子束辐照下会局部受热熔化[291.而且利用这一原理可以实现对纳米线的修饰、切割与连接.使用高能电子束对纳米线进行焊接，已经实现了金纳米线之间单壁碳纳米管（SWCNTs）之间的连接.这一连接方法的一般过程是，首先将纳米线或纳米管搭接在一起，然后用电子束分别辐照搭接处形成焊接接头，纳米线由于局部受热从而实现连接.通过调整搭接位置，能够实现Y型，X型和T型多种连接形式.除了纳米线的连接以外，电子束辐照法还适用于纳米颗粒的连接。此外，电子束辐照法还适用于纳米氧化物之间的连接[331.这种方法一般在真空度极高的透射电镜中操作，操作复杂，效率低，成本高.但是对于原位研究连接过程与原子扩散行为是十分有效的。
1.5 焦耳热法
当对于金属纳米线输人电流时，其接触点会产生远高于纳米线本体的焦耳热，使纳米线在接触点熔化从而实现连接.由于纳米线接触区域很小，接触电阻很高，产生大量的热而使接触点融化，并在随后的凝固过程中形成牢固的焊点。通过这一方法，可以使纳米铂（Pt）线实现牢固连接[so.焦耳热法不仅可以通过扫描电镜中的探针操纵实现2根纳米线之间的互连，而且适用于大面积的纳米线网格.焦耳热法还可以使用操作台精确的控制被连接的纳米材料，通过调整电流大小自由实现纳米材料的切断和连接.需要注意的是，电流的输人除了引发接触点产热，还产生了电迁移效应.因此，焦耳热连接方法还可以在扫描电子显微镜下研究纳米材料迁移与扩散过程.
2 结束语
综上所述，作为近年来蓬勃发展的新兴领域，纳米连接技术还处于探索阶段.在纳米尺度下，使用传统方法连接的机理都与宏观的连接方式有着巨大差异.开发新的连接技术与手段，从而快捷高效地实现纳米连接是口前这一领域需要研究与探索的问题.口前，在电子封装领域，纳米材料主要被应用与纳米焊膏之中，加热法也是常用的连接方法.但是除了在传统领域的应用，未来纳米连接技术的发展还应着眼于高新技术领域，在完善连接机制的同时不断开发新的连接方法.纳米制造是实现各种纳米结构、纳米器件、甚至是纳米微系统的基础，而纳米连接是纳米制造的关键技术.因此，开发新的材料、连接技术及连接设备，以及相关机理的研究，将成为未来的研究口标和方向.
参考文献
[1] 王尚，田艳红.微纳连接技术研究进展[J].材料科学与工艺，2017（5）.
[2] 温荣，贾利.BiSbCuSnEr无铅高温软钎料力学性能和显微组织研究[J].河北农机，2016（5）.
[关键词]微纳连接技术；研究；进展
中图分类号：TG425.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0166-01
1 微纳连接技术
使用纳米材料复合手段制备纳米焊膏可以实现铅料在低温下连接高温下使用.在降低连接温度的同时实现高可靠性大规模连接，纳米焊膏已成为电子封装领域中主流研究方向.但是，如何将纳米材料优异的性能完全发挥出来仍然存在很多挑战.实现纳米线、纳米颗粒之间可靠的连接对封装整体可靠性至关重要[7es.事实上，在纳米连接过程中涉及到纳米线的可控合成、操控、自组装等其他的纳米科技，并且连接技术与纳米材料本身的热性能、光性能和电性能密切相关，不同材料体系的连接方法也有所差异.根据连接原理的不同，目前的纳米连接技术可以分为以下几类：冷压焊法，加热法，超声键合，钎焊法，电子束辐照，焦耳热法，光/激光辐照法。
1.1 冷压焊法
冷压焊方法的基础理论是，纳米尺度下材料表面原子相互扩散，从而实现纳米线之间或者纳米线和电极之间的互连，而且这一过程是自发的，不需要施加额外的能量[A-91.冷压焊连接方法是对纳米材料尺寸效应最直接的应用.由于纳米材料表面能较高，活性较强，在室温或高真空环境下直接将2根金纳米线对接或者侧面搭接就能自发完成冷焊接[l01.当连接完成后材料表面能下降，从而实现牢靠的接头焊接.冷压焊的方法可以应用于多种材料体系，可控性强，而且冷压焊法无需加热处理，避免了对材料本身的损伤.但是这种方法能够实现连接的颗粒或者纳米线的尺寸需要小于10nm}}}}，因此研究还是以理论为主，未见有大规模应用的报道.而且，由于连接尺度在纳米量级，无法使用常规试验与表征手段.口前，冷压连接过程研究的主要方法为分子动力学模拟和透射显微镜下的原位研究[}z}.虽然表征十分困难，冷压焊方法对研究纳米尺度下原子的扩散行为，具有重要的作用，具有很高的学术研究价值，也是其他连接方法的理论基础.
1.2 加热法
虽然直接利用纳米材料的表面能作为驱动力进行连接十分困难，但是由于尺寸效应，纳米材料的熔点仍然远远低于传统块体材料，这大大降低了纳米连接的温度[‘3es.因此，通过输人少量能量，在较低的温度下就能实现连接，而连接后材料整体尺寸增大，表面能降低，性能接近块体材料，从而实现低温连接高温使用，目前，纳米颗粒的连接行为已经有了相對完善的理论基础.基于纳米材料制备的纳米焊膏已经具有了相对成熟的工艺经验，国内也有一些公司推出了相关产品.因此，当前纳米材料及纳米技术在器件级封装中，应用最为成功、转化最迅速的就是加热法实现纳米焊膏固化，以实现低温连接高温使用.除此之外，加热法还被用于功能器件中微型结构的连接与组装，表面沉积一层碳膜限制。熔化之后的形态，在450600℃淬火使再结晶的纳米线被切断，然后在850-900℃高温加热下，纳米线被连接在一起.即，通过使用限制结构对纳米线的焊接位置进行选择，从而实现纳米线的连接这一方法。
1.3 纳米钎焊法
纳米材料较高的表面能除了能进行自身的连接之外，还可以作为钎料连接其他材料[zs}.类似焊接领域中的钎焊技术，能够保持被连接的对象维持各自的结构和功能的完整性，而且可以根据需求来选择合适的焊料材料[z}}.这一方法能够对纳米线的排列进行控制，形成一定的排布图案.对于MEMS器件而言，使用钎焊技术可以进行微纳尺度的可控组装，如用探针拾取纳米线摆放成预设的形状，再拾取钎料然后对纳米线加电流预热使钎料软化，焊接时施加电压脉冲，产生热量将纳米钎料熔化成焊点并将纳米线焊成一体.但是，不同于微米尺寸的软钎焊连接，精确定位钎料焊接位置仍然比较困难.而随着纳米器件相关技术的不断完善和新技术的不断涌现，以上困难有望解决.另外，结合自组装技术，纳米钎焊法可以用来制备具有特定功能的纳米器件.
1.4 电子束辐照法
电子显微镜是表征纳米材料形貌和结构的有效工具，而纳米材料在高能电子束辐照下会局部受热熔化[291.而且利用这一原理可以实现对纳米线的修饰、切割与连接.使用高能电子束对纳米线进行焊接，已经实现了金纳米线之间单壁碳纳米管（SWCNTs）之间的连接.这一连接方法的一般过程是，首先将纳米线或纳米管搭接在一起，然后用电子束分别辐照搭接处形成焊接接头，纳米线由于局部受热从而实现连接.通过调整搭接位置，能够实现Y型，X型和T型多种连接形式.除了纳米线的连接以外，电子束辐照法还适用于纳米颗粒的连接。此外，电子束辐照法还适用于纳米氧化物之间的连接[331.这种方法一般在真空度极高的透射电镜中操作，操作复杂，效率低，成本高.但是对于原位研究连接过程与原子扩散行为是十分有效的。
1.5 焦耳热法
当对于金属纳米线输人电流时，其接触点会产生远高于纳米线本体的焦耳热，使纳米线在接触点熔化从而实现连接.由于纳米线接触区域很小，接触电阻很高，产生大量的热而使接触点融化，并在随后的凝固过程中形成牢固的焊点。通过这一方法，可以使纳米铂（Pt）线实现牢固连接[so.焦耳热法不仅可以通过扫描电镜中的探针操纵实现2根纳米线之间的互连，而且适用于大面积的纳米线网格.焦耳热法还可以使用操作台精确的控制被连接的纳米材料，通过调整电流大小自由实现纳米材料的切断和连接.需要注意的是，电流的输人除了引发接触点产热，还产生了电迁移效应.因此，焦耳热连接方法还可以在扫描电子显微镜下研究纳米材料迁移与扩散过程.
2 结束语
综上所述，作为近年来蓬勃发展的新兴领域，纳米连接技术还处于探索阶段.在纳米尺度下，使用传统方法连接的机理都与宏观的连接方式有着巨大差异.开发新的连接技术与手段，从而快捷高效地实现纳米连接是口前这一领域需要研究与探索的问题.口前，在电子封装领域，纳米材料主要被应用与纳米焊膏之中，加热法也是常用的连接方法.但是除了在传统领域的应用，未来纳米连接技术的发展还应着眼于高新技术领域，在完善连接机制的同时不断开发新的连接方法.纳米制造是实现各种纳米结构、纳米器件、甚至是纳米微系统的基础，而纳米连接是纳米制造的关键技术.因此，开发新的材料、连接技术及连接设备，以及相关机理的研究，将成为未来的研究口标和方向.
参考文献
[1] 王尚，田艳红.微纳连接技术研究进展[J].材料科学与工艺，2017（5）.
[2] 温荣，贾利.BiSbCuSnEr无铅高温软钎料力学性能和显微组织研究[J].河北农机，2016（5）.