低温纳米银烧结机理及其性能研究
近年来,纳米银颗粒在三代半封装和电子技术领域中应用已有较多的研究,善仁新材通过采用复合纳米颗粒来改善纳米银烧结体导热、导电和服役可靠性等性能。
一 纳米银颗粒低温烧结机理
纳米银烧结是将纳米银颗粒在低于其块体熔点的温度下连接形成块体金属烧结体的现象。一般在室温下,纳米银颗粒可以保持较好的分散性,这是因为其表面均匀地包覆着有机包覆层。常见的有机包覆层有:柠檬酸根、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
然而,现阶段用作热界面材料的纳米银膏通常由单一尺寸的纳米银颗粒和有机物混合而成,其烧结体存在孔隙率高、晶粒尺寸小等问题,导致其烧结体热导率相较于理论热导率还有广阔的提升空间。
一是复合纳米银烧结体与其它单一尺寸纳米银烧结体相比,其孔隙率始终保持低(在室温至270℃的烧结温度范围内孔隙率基本保持在13.5%左右);二是复合纳米烧结银烧结体晶粒尺寸在烧结温度130℃后,始终大于其它单一尺寸纳米银膏(烧结温度为270℃的复合纳米银膏烧结体的平均晶粒尺寸为56.8nm);三是复合纳米银膏烧结体中存在大量的共格孪晶,孪晶界有利于提高烧结体导热性能。
4善仁新材复合纳米银墨水AS9001印刷图案的电阻率低于其它单一尺寸纳米银墨水。复合纳米银墨水印刷图案的电阻率随着印刷厚度及烧结温度增加而减小,并且随着印刷次数的增加电阻率下降的速率逐渐降低。当烧结温度为180℃时,厚度为1.7μm的试样的电阻率已经降到了3.54μΩcm。
5 羟基可以取代纳米银颗粒表面的有机酸根,破环纳米颗粒之间的电离平衡和空间位阻效应从而导致纳米银颗粒失稳,颗粒之间产生接触从而在室温下发生快速烧结。善仁新材研发的厚度为1.7μm的复合纳米银墨水印刷图案在羟基作用下室温烧结的电阻率可以达到5.64μΩcm。