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纳米银填料ACA/ACF低温烧结技术优化方案

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:与金属焊接材料不同,ACA/ACF依赖于机械连接,而ACA/ACF较高的接触电阻成为不可忽视的缺点。降低ACA/ACF接触电阻的一种方法,是将导电填料相互融结形成如金属焊接的金属连接。图10.4所示为在不同温度下纳米银颗粒退火后的SEM图。纳米银颗粒ACA的电流电阻关系如图10.5所示。

纳米银填料ACA/ACF低温烧结技术优化方案

与金属焊接材料不同,ACA/ACF依赖于机械连接,而ACA/ACF较高的接触电阻成为不可忽视的缺点。降低ACA/ACF接触电阻的一种方法,是将导电填料相互融结形成如金属焊接的金属连接。然而使导电填料相互融结的方法并不可行,因为一般的PCB(Tg约125℃)不能承受如此的高温。以银为例,它的熔点达到了960℃。研究表明,减小金属的尺寸可以极大地降低金属的熔点[33-35]。研究中指出,纳米颗粒(<100nm)[34]的表面预融结和烧结进程是金属熔点降低的主要原因[34]。对于纳米颗粒,烧结过程可以在较低温度下进行。所以ACA可以通过消除金属填料间的分界面,使交接处获得较高的电导率。同样,纳米颗粒可以增加每个焊盘颗粒的数量,并且增大接触面积。图10.4所示为在不同温度下纳米银颗粒退火后的SEM图。

从图中可以看出,尽管在综合处理和100℃处理时可以得到比较优良的颗粒(20nm),但在150℃及以上退火时颗粒的尺寸会明显增大。当温度继续上升时,颗粒将继续变大,使得比起之前的颗粒物质更像固体物块。由图10.4c~e可以看出,颗粒的表面被凝结起来出现哑铃状颗粒。这种低温烧结现象是因为,纳米颗粒表面的原子具有较高的扩散性能。

对于特定材料的烧结,温度和持续时间是影响烧结结果的主要因素(特别是烧结温度)。纳米银颗粒ACA的电流电阻关系如图10.5所示。从图可以看出,当烧结温度上升时,ACA的接触电阻明显下降,从10-3降低到5×10-5。同样,高烧结温度的实验样品比低温样品具有通过较大电流的能力。

这种现象可以说明,在较高温度下,可以更好地将填料和金属连接区融结在一起,尽管X-Y方向上仍有较强的介电性能[36]

978-7-111-40036-3-Chapter10-4.jpg(www.xing528.com)

图10.4 20nm银颗粒在不同温度下处理30min退火后的SEM图像[33]

a)室温(无煅烧),3μm b)100℃,2μm c)150℃,2μm d)200℃,3μm e)250℃,3μm

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图10.5 不同固化温度下纳米银颗粒填充的ACA电流与电阻的关系[36]

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