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微电子封装用纳米银线烧结型导电胶的制备与研究

张中鲜  
【摘要】: 近年来,纳米材料由于其所具有的独特的电学、力学、光学、磁学和化学性能而吸引了越来越多的研究者的兴趣,同时,纳米导电胶也受到了广泛的关注。随着纳米科技的发展,纳米金属所具有烧结温度大大低于金属原有熔点而发生烧结的特性被人们应用到了微电子封装领域,例如制备烧结型导电胶。纳米材料的独特的性能不仅与材料本身的尺寸有关,而且还与其维数密切相关,特别是一维纳米材料如纳米线已经成为了近来学术界的一研究热点。 本文通过对银表面处理的研究发现,采用有机二元酸乙醇溶液处理过的微米银片制备的导电胶与未处理微米银片制备的导电胶相比,导电性能可提高4-6倍,其中戊二酸和己二酸的改善效果最佳。通过热分析结果可以看出,大约有1.4%的戊二酸吸附在银表面保护其不被氧化,且在加热到150℃时开始脱附。 本文还采用一步多元醇法成功合成了直径约为50nm左右,其长径比约为20-40的纳米银线。通过对纳米银线表面处理和烧结行为的研究得出:经过戊二酸处理后的纳米银线在200℃时开始出现烧结现象,且随着温度的升高,烧结现象更加明显,分散在环氧树脂中的纳米银线在200℃时仍可观察到烧结现象;Raman测试和热分析的结果表明纳米银线的烧结行为与戊二酸的表面吸附和解吸附相关。最后,利用纳米银线烧结制备的纳米银线烧结型导电胶在纳米银线和微米银片填充量为75%,300℃固化的条件下,电阻率值可低至5.8×10-6Ω·cm,十分接近该导电胶的体积百分比银块材的电阻率—4.3×10-6Ω·cm,这主要是由于纳米银线在高温下发生烧结,在树脂中形成了导电网络,降低了导电胶填料间的接触电阻;且在相同的条件下,纳米银线制备的导电胶的电阻率值比纳米银粒制备的导电胶的电阻率值低。 本论文研究了纳米银线的表面处理和其烧结行为,并成功的将其应用在了导电胶的制备过程中,通过各种工艺条件和固化条件的摸索和选择,成功的制备出了导电性能优异(5×10-5Ω·cm)的纳米银线烧结型导电胶,并对该导电胶进行了表征,为今后该方向的研究及导电胶的性能优化提供了参考思路,如进一步降低纳米粒子的粒径从而可以降低导电胶的固化温度,应用于低温烧结导电胶领域;或者采用聚酰亚胺酯、氰酸酯等高温固化树脂改进导电胶的配方,提供高温固化的纳米烧结导电胶;采用更易分解的有机物作金属的基体,利用有机物的分解挥发,实现金属烧结和金属连接;将纳米粒子的烧结应用到更广泛的集成电路领域,如利用纳米粒子的烧结特性和其高的线分辨率可以将其应用于印制电路、喷墨打印等等。


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