题目：纳米银膏的制备及烧结连接机理的研究

随着微电子封装技术的发展，传统芯片级互连材料呈现出许多不足，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，本文研究了一种能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。区别于传统焊料合金的回流焊工艺，该封装互连材料是在远低于银熔点的温度下通过烧结工艺来实现芯片的封装连接。该纳米银膏可在250℃、3MPa、5min的烧结条件下实现烧结连接，其接头具有较高的剪切强度，并且接头在高温下具有较好的稳定性，适合于高温下服役的功率电子器件的封装互连。结合传统烧结的基本理论和纳米金属颗粒本身所具有的特性，自行制备了纳米银膏并实现了镀银铜块的焊接。以聚乙烯吡咯烷酮为保护剂利用乙二醇还原硝酸银制备出纳米银颗粒。用该方法制备出的纳米银颗粒，在其外包覆着一层有机膜，可以有效阻止纳米银颗粒的团聚和聚结。通过对银金属颗粒尺寸对银焊膏烧结连接影响的分析研究，发现纳米银焊膏在低温低压下比微米银焊膏更容易得到良好的烧结接头。银金属颗粒的微观形貌对烧结连接影响的研究则显示随着银颗粒形貌从纳米球-纳米球线混合-纳米线-微米银的变化，其比表面积逐渐减少。其相应的烧结连接接头的剪切断口亦从镀银层与烧结银层连接界面间断开的区域逐渐增多且烧结层的组织质密度也在相应降低。烧结压力对烧结连接影响的研究显示，随着烧结压力的增大，接头的剪切强度逐渐增大，烧结层与镀银层间的冶金结合亦愈来愈好。烧结温度对烧结连接影响的研究表明，随着烧结温度的增高，纳米银焊膏的烧结程度越来越明显。纳米银膏烧结连接接头剪切强度的测试发现，当烧结温度大于或等于250℃，烧结压力大于或等于3MPa时，接头烧结5min就可达到20MPa以上的接头剪切强度。接头的高温储存实验表明，纳米银烧结接头在高温下未发生任何变化，相较于锡铅焊料，其接头在长时间高温下服役下的可靠性更好。