一 納米銀顆粒低溫?zé)Y(jié)機(jī)理
納米銀燒結(jié)是將納米銀顆粒在低于其塊體熔點(diǎn)的溫度下連接形成塊體金屬燒結(jié)體的現(xiàn)象。一般在室溫下,納米銀顆??梢员3州^好的分散性,這是因?yàn)槠浔砻婢鶆虻匕仓袡C(jī)包覆層。常見的有機(jī)包覆層有:檸檬酸根、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
一方面,第三代半導(dǎo)體材料自身的熱導(dǎo)率已經(jīng)非常,比如碳化硅熱導(dǎo)率可以達(dá)到83.6Wm-1K-1,這對(duì)熱界面材料的導(dǎo)熱性能提出了較高要求。如果熱界面材料熱導(dǎo)率過(guò)低就會(huì)在連接界面處聚集大量熱量,從而降低互連結(jié)構(gòu)的可靠性;另一方面,碳化硅等第三代半導(dǎo)體功率器件的工作溫度可以達(dá)到260℃甚至更高,傳統(tǒng)熱界面材料的服役溫度上限,這對(duì)熱界面材料的高溫服役可靠性提出了較高要求。
2有機(jī)酸根和納米銀顆粒表面連接模型是有機(jī)酸根的一個(gè)羧基和羥基分別通過(guò)離子鍵和氫鍵與納米銀顆粒表面鍵合。在燒結(jié)過(guò)程中,納米銀顆粒表面的有機(jī)酸根在150℃左右開始分解,在180-230℃范圍內(nèi)大量分解為丙酮二羧酸或乙酰乙酸,在270℃時(shí)基本分解完全。并且,復(fù)合燒結(jié)銀中的50nm銀顆粒通過(guò)奧斯瓦爾德熟化效應(yīng)逐漸長(zhǎng)大,10nm銀顆粒通過(guò)融合形成放射狀晶粒。放射狀晶粒在混合區(qū)(非晶銀相和有機(jī)物的混合相)結(jié)晶過(guò)程中會(huì)受力發(fā)生旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生孿晶組織。