复合微纳铜颗粒膏的制备及其烧结性能的研究

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1、硕士学位论文复合微纳铜颗粒膏的制备及其烧结性能的研究RESEARCHONPREPARATIONANDSINTERINGPERFORMANCEOFMIXEDCOPPERNANO/MICROPARTICLESPASTE张银侠哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TG425学校代码：10213国际图书分类号：620.3密级：公开工学硕士学位论文复合微纳铜颗粒膏的制备及其烧结性能的研究硕士研究生：张银侠导师：李明雨教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG425U.D.C:620.3

2、AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONPREPARATIONANDSINTERINGPERFORMANCEOFMIXEDCOPPERNANO/MICROPARTICLESPASTECandidate：ZhangYinxiaSupervisor：Prof.LiMingyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessin

3、gEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于纳米材料的特殊效应，纳米材料在不同领域得到了广泛的应用。其中，纳米铜金属颗粒因尺寸效应，能够实现低温烧结，高温服役，因此许多研究人员试图将其应用于印刷电子和互连结构中。但是由于纳米铜颗粒（CuNPs）的制备工艺复杂，成本较高。因此本课题针对铜膏的低制备成本的需求，提出了将价格较低的微米铜颗粒（CuMPs）与纳米铜颗粒混合制备

4、复合微纳铜膏的方案。本论文系统的研究了复合微纳铜膏烧结体性能的影响因素，并将其应用于烧结互连接头，探索了复合微纳铜膏在不同应用条件下的最佳配比。本文利用液相化学还原法制备纳米铜颗粒，将实验制备的纳米铜颗粒与商用微米铜颗粒按照不同的比例进行混合配制复合微纳铜膏，建立微米铜颗粒与纳米铜颗粒的堆叠模型，计算得到纳米铜颗粒与微米铜颗粒的质量比为20:80时的20NPs-80MPs铜膏的致密度最高，并结合实验结果进行分析，发现理论计算和实验结果相吻合。另外，实验发现复合微纳铜膏的致密度与其烧结体的导电性能成正比，即20NPs-80MPs铜膏烧结体的电阻率最低。本文对复合微纳铜膏烧结薄膜的导电性能的影响

5、因素进行研究，包括：纳米铜颗粒的清洗次数及是否进行酸洗处理，烧结试样是否施加辅助压力，烧结温度，烧结时间。实验最终得到的最佳参数为：纳米铜颗粒清洗3次并甲酸清洗处理10min，烧结试样施加辅助压力，在320℃下烧结60min。另外，实验发现在此烧结条件下最优配比的复合微纳铜膏为20NPs-80MPs铜膏，其电阻率最低，其值为2.98μΩ·cm。本文将复合微纳铜膏用于封装互连，研究了复合微纳铜膏的力学性能，发现互连接头的剪切强度随着复合微纳铜膏中纳米铜颗粒含量的增加而增加。综合考虑，应用于互连接头的最优复合微纳铜膏为60NPs-40MPs铜膏，其烧结体的电阻率为3.12μΩ·cm，烧结接头的剪

6、切强度为46MPa，满足电子封装的使用要求。另外，从微观组织结构对实验结果进行分析，发现随着纳米铜颗粒含量的增加，截面连接点增多，进一步对接头力学性能与复合微纳铜膏中纳米铜颗粒含量成正比的现象进行解释。关键词：纳米铜颗粒；微米铜颗粒；复合铜膏；烧结薄膜；互连接头-I-AbstractAbstractDuetothespecialeffectsofnanomaterials,nanomaterialshavebeenwidelyusedindifferentfields.Amongthem,coppernanoparticles(CuNPs)canbesinteredinlowtemperat

7、ureandservedinhightemperaturebecauseofitssizeeffect.Somanyresearchershavetriedtouseitforsinteredconductivefilmsandinterconnection.SincethepreparationprocessofCuNPsiscomplexandunfavorable,thepriceofCuNPspast