納米技術(shù)在微電子連接上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

圖8 銀納米粒子燒結(jié)層/Cu界面附近的TEM圖像

3 焊接參數(shù)對(duì)斷面強(qiáng)度的影響

圖9顯示了焊接溫度、焊接時(shí)間、加壓等焊接參數(shù)對(duì)銀納米粒子銅觸點(diǎn)斷面強(qiáng)度的影響。從圖可得，焊接溫度和加壓是影響斷面強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)。在焊接溫度方面，強(qiáng)度隨著加壓增大而上升，但在焊接溫度高的情況下，加壓的影響會(huì)變小。另外就焊接溫度而言，加壓低的情況下，焊接溫度對(duì)強(qiáng)度影響大，而加壓增高時(shí)則焊接溫度的影響變小。所以，在260℃左右的溫度下加大壓力，而盡可能在低加壓場(chǎng)合提高連接溫度，這樣做才最有效。

4 應(yīng)對(duì)高溫?zé)o鉛焊接的可能性

銀納米粒子連接法的一個(gè)最佳應(yīng)用，就是在電子領(lǐng)域的高溫?zé)o鉛焊接中。為實(shí)現(xiàn)安裝用焊料的無(wú)鉛化，人們一直在積極開(kāi)發(fā)新的替代品。原來(lái)使用的Sn-Pb共晶焊料（屬低中溫焊料）將由Sn-Zn系代替。但對(duì)于封裝內(nèi)焊接所使用的富鉛焊料（Pb≥85%的Sn-Pb焊料），目前還沒(méi)有合適的替代品。

圖9 銀納米粒子銅觸點(diǎn)的連接強(qiáng)度受焊接參數(shù)的影響

在現(xiàn)行富鉛高溫焊料液相溫度（300℃、315℃）以下的溫度范圍內(nèi)（260℃～300℃），銀納米粒子焊接工藝可以使用。圖10是連接條件與強(qiáng)度的關(guān)系。圖中虛線是富鉛焊料Pb-5Sn、 Pb-10Sn與Cu圓板型接頭的斷面強(qiáng)度（分別為18Mpa,30MPa）,實(shí)線則代表銀納米粒子連接的斷面強(qiáng)度。由圖可知，銀納米粒子不僅有與Pb-5Sn相匹敵的強(qiáng)度，而且可以在低溫、低壓等較寬的連接條件下使用。其次，無(wú)論是升溫還是增壓，銀納米粒子連接的斷面強(qiáng)度都是其他兩者無(wú)可比擬的。而且，該連接的連接處有高熔點(diǎn)，所以在隨后的2次焊接等熱工藝中不會(huì)熔化。另外，就芯片鍵合部所要求的電氣傳導(dǎo)度和熱傳導(dǎo)性而言，由于連接處是由金屬銀形成的，所以一定比現(xiàn)行高溫焊料的特性還要好。

圖10 銀納米粒子的銅觸點(diǎn)的連接強(qiáng)度與連接條件的關(guān)系

結(jié)論

作為納米粒子工業(yè)的新開(kāi)發(fā)，銀納米粒子連接工藝有更大的應(yīng)用范圍。但是，還必須做詳細(xì)的連接機(jī)理以及與Cu以外各金屬連接性的基礎(chǔ)研究。另外，在電子安裝的實(shí)用化方面，還必須用實(shí)際的水準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)連接處的電氣特性與耐環(huán)境可靠性。