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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。
随着环境温度的升高,有机包覆层开始逐渐挥发或分解。由于具有的表面能,失去表面包覆层的纳米银颗粒无法继续保持稳定,与周围颗粒之间形成烧结颈,进而形成具有块体银性质的烧结体。纳米银颗粒的烧结主要通过各种不同类型的扩散来实现。
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。
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。
善仁新材的解决方案总结
1 复合烧结银AS9385的烧结体具有的热导率,特别是在270℃烧结30min后其平均热导率能够达到278.5Wm-1K-1,接近块体银热导率的65%。复合纳米银具有如此的导热性能,主要有以下三个方面原因:
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