纳米银焊膏低温烧结粘接可靠性研究.pdf

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1、天津大学硕士学位论文纳米银焊膏低温烧结粘接可靠性研究姓名：齐昆申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：陈旭20070501中文摘要l随着微电子封装技术的发展，传统的芯片级互连材料呈现出很多的不足。为满足当前电子工业领域宽带隙半导体器件高温封装的要求，本文重点研究了一种能够用于芯片级互连的新型材料和互连工艺——纳米银焊膏低温烧结连接技术。与传统的焊料合金回流焊不同的是，该材料是在远远低于纳米银熔点的低温下通过烧结工艺来实现芯片与基板的连接。本文通过设计一系列的可靠性试验从多个方面研究了低温烧结纳米银焊膏粘接技术的可靠性，还研究了此种连接材料的基本动态力学性能。依据传统的

2、烧结理论和纳米颗粒本身所具有的特性，制备了用于试验研究的低温烧结纳米银互连芯片一基板试样。首先，通过载荷控制下的剪切疲劳试验，初步获得了此种连接材料的载荷一寿命曲线和疲劳可靠性。同时，针对粘接面积过大引起粘接质量下降的现象，从不同粘接面积引起的粘接强度的变化以及扫描电镜、光学显微下纳米银断面微观形貌的差别两方面来解释了粘接面积过大会造成连接质量下降的机理。此外，通过温度循环试验，从粘接强度和纳米银断面微观形貌(孔隙率)的变化研究了纳米银焊膏低温烧结粘接红光芯片一基板试样的热机械可靠性。最后，制备出了符合试验要求的低温烧结纳米银薄膜，运用动态机械分析仪(DMA)得到此种连接材

3、料在工作温度范围内的基本动态力学性能，如不同温度下的拉伸曲线和弹性模量的变化曲线。关键词：芯片级互连材料，纳米银焊膏，低温烧结技术，剪切疲劳，粘接面积，温度循环，动态力学性能国家自然科学基金资助项目(50528506)和教育部优秀青年教师教学科研奖励计划资助ABSTRACT2Traditionalchiplevelinterconnectionmaterialsshowedlorsofweaknesswiththedevelopmenttrendofmicroelectronicpackagingtechnology．Inordertomeettheneedofhigh·-

4、temperaturepackagingofwide·-bandgapsemiconductorinelectronicindustry,low-temperaturesinterednano-silverasanovelsemiconductordevice．metallizedsubstrateinterconnectedmaterialwasstudiedinthispaper．Onebigdifferencebetweenthismaterialandtraditionalsolderalloyisthatthesilverpasteconnectssubstrat

5、eandchipsusingasinteringprocesswhichprocessedatalowertemperaturethanmeltingpointofnano—silver．Inthispaper’aseriesofreliabilitytestsweredesignedtoinvestigatetheinterconnectionreliabilityoflow-temperatm'esinteredllanO-silverpaste．Anddynamicmechanicalpropertiesofthisinterconnectionmaterialwer

6、ealsostudied．Basedonthetraditionalsinteringtheoryandthespecialcharactersofnanoscalepowder,alow—temperaturesinteringtechnologywasemployedinthepreparationforsinteredllanO-silverdie—attachment．Firstly,force—lifecurveandfatiguepropertiesofthisinterconnectionmaterialweregainedthroughtheshearfat

7、iguetestsunderdifferentloadingconditions．Atthesametime，onephenomenonthatlargerinterconnectareawouldcausepoorerinterconnectqualityhadbeenfound．Thechangesoftheshearstrengthandnano-silverjointsmicrostmcturesbyusingScanElectronicMicroscope(SEM)andopticalmicroscope