银纳米颗粒的制备及其连接性能的研究

论文摘要

随着大功率电子元器件的发展,电子行业对热界面材料的要求越来越高。传统的钎料以及导电胶由于自身的限制已经无法满足大功率元器件封装的需求。银纳米颗粒由于其特有的纳米尺度而具有较高的表面活性能,能显著降低烧结温度,因而可以在较低温度下进行连接。银在所有物质中具有最高的电导率,同时其热导率也居于所有金属之首,更适用于大功率器件的封装。本文的研究内容是选用合理的反应体系制备银纳米颗粒,并对制取的银纳米颗粒的连接性能进行分析讨论。银纳米颗粒的制备采用的是液相还原法,分别采用有机溶液体系和水溶液体系来制备银纳米颗粒,得到了形貌与粒径不同的两种银颗粒,综合比较,利用硫酸亚铁和柠檬酸钠水溶液制取的银纳米颗粒分布在20~50nm之间,均为球状颗粒,通过X射线衍射图谱证明制备的是纯相单质银,更为适合使用要求。银纳米颗粒连接铜基板主要依靠的是银纳米颗粒与基铜板表面银镀层之间的扩散,利用银纳米颗粒的沉淀连接的铜基板在150℃、200℃烧结后的剪切强度分别可达16.12MPa、24.26MPa。通过EDS能谱分析发现剪切断裂没有发生在固定的横截面上,而是断裂在连接强度最弱的位置,这证明银纳米颗粒在低温下的烧结银层具有较高的连接强度。对烧结银层横截面与不同深度界面的观测,发现内部并无明显的气孔等缺陷,界面连接状况良好,烧结银层的中间位置质量高于边缘位置。银纳米颗粒150℃烧结成的银块的热导率为37.83W/(m.K) , 200℃时为31.49W/(m.K),高于常用导电胶的热导率,但是仍有待进一步的提高。实验结果表明,银纳米颗粒烧结银层相对于导电胶具有较高的热导率与连接强度,相对于传统导电银浆,大大的降低了烧结温度,具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外相关领域发展现状
• 1.2.1 钎料的发展现状
• 1.2.2 导电胶的发展现状
• 1.2.3 导电银浆的发展现状
• 1.3 纳米材料基础理论
• 1.3.1 纳米粒子的物理性质
• 1.3.2 贵金属纳米材料
• 1.3.3 纳米粒子制备方法
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验材料设备与方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 液相还原法制备银纳米颗粒
• 2.4.2 银纳米颗粒的烧结
• 2.4.3 烧结接头性能检测与表征
• 2.5 本章小结
• 第3章 银纳米颗粒的制备与烧结
• 3.1 引言
• 3.2 银纳米颗粒的制备与表征
• 3.2.1 银纳米颗粒的表征
• 3.2.2 银纳米颗粒的保存
• 3.3 银纳米颗粒的烧结工艺
• 3.4 本章小结
• 第4章 银纳米颗粒连接性能的检测
• 4.1 引言
• 4.2 银纳米颗粒烧结接头的剪切性能
• 4.2.1 剪切强度
• 4.2.2 剪切断裂位置
• 4.3 烧结接头截面微观组织观察
• 4.4 烧结接头内部缺陷检测
• 4.5 银纳米颗粒的导热性能
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢