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。
烧结的驱动力均为纳米银化学势能或表面能的降低,主要是质量通过从高能量区域迁移到低能量区域来实现的。表面、界面以及晶界的表面能大小依赖于纳米银颗粒的曲率。通过降低它们的曲率来消除或减少界面,纳米银的整体能量得以降低。
一方面,第三代半导体材料自身的热导率已经非常,比如碳化硅热导率可以达到83.6Wm-1K-1,这对热界面材料的导热性能提出了较高要求。如果热界面材料热导率过低就会在连接界面处聚集大量热量,从而降低互连结构的可靠性;另一方面,碳化硅等第三代半导体功率器件的工作温度可以达到260℃甚至更高,传统热界面材料的服役温度上限,这对热界面材料的高温服役可靠性提出了较高要求。
由于纳米银理论上可以低温烧结、高温服役并且热导率上限可达429Wm-1K-1,使得该材料正成为具潜力的第三代半导体功率器件用热界面材料。
复合纳米银膏烧结互连结构可靠性研究
现阶段对于纳米银膏烧结体在较高温度区间的热膨胀行为还鲜有研究,对于纳米银在其烧结温度的环境中长期服役的可靠性研究尚不充分。在已有的研究中,纳米银膏的服役可靠性往往是在低于或接近于其烧结温度的条件下测试的,而第三代半导体器件的服役温度往往纳米银膏的烧结温度。
2有机酸根和纳米银颗粒表面连接模型是有机酸根的一个羧基和羟基分别通过离子键和氢键与纳米银颗粒表面键合。在烧结过程中,纳米银颗粒表面的有机酸根在150℃左右开始分解,在180-230℃范围内大量分解为丙酮二羧酸或乙酰乙酸,在270℃时基本分解完全。并且,复合烧结银中的50nm银颗粒通过奥斯瓦尔德熟化效应逐渐长大,10nm银颗粒通过融合形成放射状晶粒。放射状晶粒在混合区(非晶银相和有机物的混合相)结晶过程中会受力发生旋转并产生孪晶组织。