纳米材料在电子互连中的应用

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1、理学院应用化学0801班张亚萍080370105纳米材料在电子互连中的应用摘要概述了纳米技术和纳米材料在电子领域的发展和研究的情况，特别是纳米颗粒在介质材料、薄膜电路电子封装underfill材料，同时还着重介绍了纳米技术在喷墨打印电路中的应用，超级喷墨打印技术和液电动态打印技术以及目前所能达到的技术水平。关键词纳米技术；纳米颗粒；超级喷墨打印；液电动态打印。人们常常把尺寸在亚微米级或至少在一个方向有亚微米级尺寸的物质称为纳米材料，它们包括以雾状或胶体状形式存在的硅、钛、铝、陶土、碳黑和贵金属纳米微粒，当然也包

2、括纳米碳纤维。纳米材料在工程聚合材料、表面处理光学器材、医疗卫生以及电子互连等领域都有比较广泛地应用，这主要是由于纳米级微粒的混入能在很大程度上改变材料的特性，表现出优良的机械特性、光学特性和电子特性。尽管纳米材料用途很广泛，但形成纳米尺寸的材料并将其均匀分散在技术上也存在诸多挑战。本文主要介绍纳米级材料在电子互连行业领域中的应用。1.纳米材料在介质材料中的应用在用于刚性多层印制板基材规范IPC-4101B中，要求FR-4基材能应用于无铅组装，普通FR-4在Td、Z向膨胀、T260和T288等指标方面难以满足要

3、求，新型FR-4树脂系统现已投放市场，因添加物的存在使材料脆性增加，钻孔性能和抗剥强度下降，KanekaTexasCorp公司研发了一个名为KaneAceMX的产品，可使覆铜板材即能保持普通FR-4的韧性，又能增强材料的耐热性能以满足无铅生产的需要。韧性的获得是因为在树脂中添加了名为CSR（CoreShellRubber）的纳米颗粒，已应用于玻璃转换温度为Tg135℃和Tg170℃两类FP-4树脂中。CSR纳米微粒是一种双层结构的微粒，内核是一种防微裂材料，可以释放受冲击时的应力，以防止在钻孔时孔口产生火山口（

4、Cratering）现象；外层包覆一层热固性的树脂材料以便于在FR-4中均匀分散。Kaneka公司生产的CSR微粒在热塑性树脂体系中已成功使用了40多年，但由于在热固性树脂系统中，此固态粉末难以均匀分散而限制了它的使用，Kaneka公司近期研发了一些新工艺使CSR纳米微粒能完全均匀地分散在热固性树脂体系中，从而可制成含CSR的半固化片和基材，以增加材料的韧性。2.在高性能Thin-Film电路中的应用Nanosyslnc公司2008年报道该公司应用纳米技术研发了高性能的薄膜电路，用于便携式显示器、X-ray传感

5、器以及RFID（RadioFrequencyIdentification）用标签，这一纳米薄膜技术还可应用于硅片、软板和芯片载板（Substrates）上，纳米薄膜技术所使用的设备与传统薄膜技术的设备相同并结合以先进的印刷技术。该公司还与Sharp公司合作，将纳米技术应用于平板显示器领域。根据Nanosys公司的技术报道，他们已研发了一种工艺方法，可以制成纳米线路的阵列并将其高密度封装入薄膜电路中，这种薄膜由许多半导体材薄膜基片可以是玻璃、塑料、纺织品，甚至还可以是纸张。这种方法是先制成20nm~40nm直径的

6、硅线，将其悬浮于某种液体中，含有这种纳米线的液体流动涂敷在基片表面，纳米线可以以一个方向排列而形成薄膜，然后再制成晶体管。理论上说，这一技术也可能用喷墨打印的方法来实现，如果这一设想真能实现，那各种电子产品或器件就能以各种形状出现在电路中，前景似乎无限美好。3.纳米材料在电子封装中的应用电子封装过程中各种材料的CTE值不同而造成的内应力是封装不可靠性的主要原因，封装工程师总是寻求有较高的韧性或者有较低模量的材料，因为从理论上说，随着韧性的增加，模量指标下降，然而，最近科学家们发现，纳米混合材料可以在一定程度上改

7、变这一情况，混合纳米颗粒后，即可获得较高韧性又可获得较高的模量。这一发现可以使材料的CTE更接近于芯片硅材料的CTE，从而增加电子产品的可靠性。纳米材料在封装中的主要用途之一是应用于低CTE芯片和高CTE基板之间的underfill材料，underfill材料目前主要是含有SiO2的树脂，随着芯片凸点间间距的缩短和凸点高度的降低，使用微米级SiO2的填料要获得好的流动性和完善的填封变得越来越困难，以前使用的非流动型Underfill材料中含有大的这种初级粒子就受热转变成无机填料。另外，焊料中的纳米金属或纳米焊接

8、颗粒有一个优良特性：由于它们的表面能较高，在回流焊时，它们比大颗粒有较低的熔点，无铅焊接时，这一特性十分有用，比如纳米尺寸的SAC合金熔点只比Sn/Pb共晶体高30℃～40℃，因而可增加电子封装的可靠性。尽管应用纳米无铅焊膏可降低初始的回流焊温度，但要记住，当需要返工时，其温度还是要达到原有金属的正常熔点温度。4.纳米技术在喷墨线路制造中的应用纳米技术在喷墨PCB线路打印中的应用似乎更