中心議題：

• 納米印刷技術
• 納米連接技術
• 銀複合納米粒子的連接特點
• 焊接參數對斷麵強度的影響

在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)產(chan)業(ye)中(zhong)
，微(wei)細(xi)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)是(shi)實(shi)現(xian)器(qi)件(jian)的(de)集(ji)成(cheng)化(hua)和(he)高(gao)性(xing)能(neng)化(hua)不(bu)可(ke)欠(qian)缺(que)的(de)技(ji)術(shu)。但(dan)是(shi)
，在(zai)進(jin)行(xing)微(wei)米(mi)尺(chi)度(du)以(yi)下(xia)的(de)加(jia)工(gong)時(shi)

，必(bi)須(xu)在(zai)清(qing)洗(xi)環(huan)境(jing)下(xia)排(pai)除(chu)振(zhen)動(dong)，保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)加(jia)工(gong)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)，抑(yi)製(zhi)由(you)熱(re)膨(peng)脹(zhang)引(yin)發(fa)的(de)尺(chi)寸(cun)變(bian)化(hua)，因(yin)而(er)會(hui)增(zeng)加(jia)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)成(cheng)本(ben)。

近年來，以美國為主，不少國家開始使用微米連接印刷、毛細管微型模板
、浸(jin)筆(bi)印(yin)板(ban)術(shu)等(deng)可(ke)以(yi)簡(jian)單(dan)地(di)形(xing)成(cheng)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)的(de)新(xin)型(xing)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)
，這(zhe)種(zhong)新(xin)的(de)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)被(bei)稱(cheng)為(wei)柔(rou)性(xing)印(yin)板(ban)術(shu)。其(qi)與(yu)微(wei)細(xi)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)的(de)開(kai)發(fa)點(dian)不(bu)同(tong)
，其(qi)最(zui)大(da)特(te)征(zheng)是(shi)簡(jian)便(bian)且(qie)低(di)成(cheng)本(ben)。柔(rou)性(xing)印(yin)板(ban)術(shu)中(zhong)的(de)納(na)米(mi)印(yin)刷(shua)技(ji)術(shu)，其(qi)原(yuan)理(li)簡(jian)單(dan)，而(er)且(qie)已(yi)有(you)成(cheng)型(xing)設(she)備(bei)在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)銷(xiao)售(shou)。

納米印刷技術

納米印刷技術的基本原理如圖1suoshi

，jiushibayounamijiaotutuxingdemobanjiyazaitufuleshuzhibomodejibanshang，zaizaishuzhibomodebiaomianfuzhiaotutuxing。zaiputongdenamiyinshuajishuzhong
，nengdengbeifuzhimoban，erzaigaokuanbinamiyinshuajishuzhong，zenengxingchenggaochunamimobanaobudejiegouti。


圖1納米印刷原理

zainamiyinshuagongchengzhong，shouxianyongxuanzhuanfadengbashuzhibomotufuzaiboliheguizhidejibanshang，zaijiangshuzhibomojiare，shiqifuhezaijibanshang。ranhou
，zaibianruandeshuzhishangjiyanamimoban，zuihouzaibanamimobancongshuzhibomoshangtuolikaiqu。tongguoyishangguocheng，namimobanbiaomiandetuxingjiubeifuzhizaishuzhibomodebiaomian。

高寬比微細結構的形成

在(zai)納(na)米(mi)印(yin)刷(shua)技(ji)術(shu)中(zhong)
，將(jiang)金(jin)屬(shu)凸(tu)模(mo)擠(ji)壓(ya)樹(shu)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)上(shang)，便(bian)會(hui)形(xing)成(cheng)凹(ao)部(bu)。但(dan)要(yao)形(xing)成(cheng)平(ping)麵(mian)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)細(xi)長(chang)結(jie)構(gou)
，必(bi)須(xu)有(you)深(shen)度(du)雕(diao)刻(ke)的(de)納(na)米(mi)模(mo)板(ban)，因(yin)為(wei)模(mo)板(ban)從(cong)樹(shu)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)脫(tuo)離(li)時(shi)，必(bi)然(ran)會(hui)拉(la)伸(shen)樹(shu)脂(zhi)，所(suo)以(yi)能(neng)形(xing)成(cheng)高(gao)出(chu)納(na)米(mi)模(mo)板(ban)凹(ao)部(bu)的(de)柱(zhu)狀(zhuang)結(jie)構(gou)體(ti)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)就(jiu)稱(cheng)為(wei)高(gao)寬(kuan)比(bi)納(na)米(mi)印(yin)刷(shua)技(ji)術(shu)。

在高寬比納米印刷技術中，可以簡單地形成直徑為25nm、高3μm(平麵比為12)的納米級柱狀結構集合體（見圖2）。該結構在以往的精密塑料成型中是很難形成的，但使用了高寬比納米印刷技術，用一次壓延就能成型。


圖2用納米印刷技術形成的納米柱結構
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 應用前景

納na米mi印yin刷shua技ji術shu被bei認ren為wei是shi最zui接jie近jin實shi用yong化hua的de製zhi造zao技ji術shu

，日ri本ben已yi有you納na米mi印yin刷shua裝zhuang置zhi在zai市shi場chang上shang出chu售shou。但dan為wei了le形xing成cheng良liang好hao的de結jie構gou體ti，必bi須xu要yao發fa展zhan以yi納na米mi模mo板ban和he樹shu脂zhi材cai料liao為wei先xian導dao的de相xiang關guan技ji術shu。目mu前qian，這zhe一yi研yan究jiu正zheng在zai全quan世shi界jie範fan圍wei內nei展zhan開kai。這zhe一yi技ji術shu的de應ying用yong重zhong點dian將jiang是shi電dian子zi領ling域yu，但dan也ye開kai始shi涉she及ji邊bian緣yuan能neng源yuan等deng領ling域yu。

納米連接技術

納米粒子所具有的基本特性（如耐久性強
、熔點和燒結溫度低）是shi眾zhong所suo周zhou知zhi的de，但dan其qi很hen多duo應ying用yong都dou沒mei有you得de到dao拓tuo展zhan。國guo外wai有you人ren提ti出chu了le利li用yong納na米mi粒li子zi的de表biao麵mian能neng量liang與yu低di溫wen燒shao結jie功gong能neng，把ba它ta作zuo為wei連lian接jie材cai料liao的de新xin型xing方fang案an。用yong該gai連lian接jie法fa進jin行xing低di溫wen連lian接jie後hou
，經jing燒shao結jie後hou的de納na米mi粒li子zi會hui使shi連lian接jie處chu具ju有you高gao熔rong點dian，這zhe一yi優you點dian非fei常chang適shi合he高gao溫wen連lian接jie較jiao困kun難nan的de無wu鉛qian焊han接jie。這zhe裏li主zhu要yao介jie紹shao應ying用yong有you機ji物wu—銀複合納米粒子的連接工藝特點及其在電子焊接上的適用性。

1有機物—銀複合納米粒子的特性

由於納米粒子表麵呈活性，為防止其自身凝聚必須要做表麵控製。我們所用的納米粒子是平均直徑為10nm左右的銀納米粒子，其表麵用有機物保護層進行了塗覆。圖3為有機物—銀複合納米粒子的掃描電鏡圖像

，圖4為其結構模式圖。


圖3銀納米粒子TEM圖像

圖4銀納米粉粒子模式圖

這種納米粒子的功能在其有機外殼熱分解去除後便展示出來。圖5顯示了銀納米粒子的熱分析結果（DTA/TG曲線）。從DTA曲(qu)線(xian)來(lai)看(kan)
，在(zai)發(fa)熱(re)反(fan)應(ying)開(kai)始(shi)的(de)同(tong)時(shi)，粒(li)子(zi)質(zhi)量(liang)迅(xun)速(su)減(jian)少(shao)，可(ke)以(yi)認(ren)為(wei)這(zhe)時(shi)的(de)有(you)機(ji)外(wai)殼(ke)已(yi)被(bei)分(fen)解(jie)與(yu)去(qu)除(chu)。而(er)且(qie)
，當(dang)提(ti)升(sheng)加(jia)熱(re)速(su)度(du)時(shi)
，分(fen)解(jie)溫(wen)度(du)則(ze)向(xiang)高(gao)溫(wen)側(ce)移(yi)動(dong)。圖(tu)6顯示了分解結束溫度與加熱速度的關係，從圖可知，即使把加熱速度加快到20℃/m
，分解也在265℃左右結束，在300℃以下出現納米粒子的功能。也就是說，在300℃以下可利用該納米粒子進行連接。[page]


圖5銀納米粒子熱分析結果（DTA/TC曲線）

圖6有機外殼分解結束溫度與加熱溫度的關係

2應用有機物—銀複合納米粒子的連接特點

日本大阪大學應用銅質圓板型試驗片作銀納米粒子連接試驗，分別測出了銀微米粒子（平均粒徑為100nm）和銀納米粒子的脆斷強度（見圖7）。其中，該試驗是在300℃、保溫300min、加壓5Mpa的條件下進行的。如圖7所示
，納米粒子連接與微粒子連接相比，顯示出了很高的脆斷強度。


圖7脆斷強度結果

用電鏡分別對各自的連接斷麵觀察，發現用銀微米粒子的場合

，其與銅的連接麵有空隙狀缺陷。銀微米粒子的觸點破壞發生在銀/銅界麵，所得的5Mpa左(zuo)右(you)的(de)觸(chu)點(dian)強(qiang)度(du)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)兩(liang)者(zhe)簧(huang)片(pian)的(de)機(ji)械(xie)連(lian)接(jie)結(jie)果(guo)。而(er)銀(yin)納(na)米(mi)粒(li)子(zi)的(de)觸(chu)點(dian)破(po)壞(huai)麵(mian)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)銀(yin)伸(shen)長(chang)而(er)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)的(de)痕(hen)跡(ji)，其(qi)在(zai)界(jie)麵(mian)附(fu)近(jin)的(de)銀(yin)層(ceng)中(zhong)會(hui)斷(duan)裂(lie)（圖8）。由此可見，用銀納米粒子連接比用銀微粒子連接的界麵強度更高。[page]


圖8銀納米粒子燒結層/Cu界麵附近的TEM圖像

3焊接參數對斷麵強度的影響

圖9顯示了焊接溫度、焊接時間、jiayadenghanjiecanshuduiyinnamilizitongchudianduanmianqiangdudeyingxiang。congtukede
，hanjiewenduhejiayashiyingxiangduanmianqiangdudeguanjiancanshu。zaihanjiewendufangmian，qiangdusuizhejiayazengdaershangsheng
，danzaihanjiewendugaodeqingkuangxia
，jiayadeyingxianghuibianxiao。lingwaijiuhanjiewendueryan，jiayadideqingkuangxia
，hanjiewenduduiqiangduyingxiangda，erjiayazenggaoshizehanjiewendudeyingxiangbianxiao。suoyi，zai260℃左右的溫度下加大壓力，而盡可能在低加壓場合提高連接溫度
，這樣做才最有效。

4應對高溫無鉛焊接的可能性

銀(yin)納(na)米(mi)粒(li)子(zi)連(lian)接(jie)法(fa)的(de)一(yi)個(ge)最(zui)佳(jia)應(ying)用(yong)
，就(jiu)是(shi)在(zai)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)的(de)高(gao)溫(wen)無(wu)鉛(qian)焊(han)接(jie)中(zhong)。為(wei)實(shi)現(xian)安(an)裝(zhuang)用(yong)焊(han)料(liao)的(de)無(wu)鉛(qian)化(hua)

，人(ren)們(men)一(yi)直(zhi)在(zai)積(ji)極(ji)開(kai)發(fa)新(xin)的(de)替(ti)代(dai)品(pin)。原(yuan)來(lai)使(shi)用(yong)的(de)Sn-Pb共晶焊料（屬低中溫焊料）將由Sn-Zn係代替。但對於封裝內焊接所使用的富鉛焊料（Pb≥85%的Sn-Pb焊料），目前還沒有合適的替代品。


圖9銀納米粒子銅觸點的連接強度受焊接參數的影響

在現行富鉛高溫焊料液相溫度（300℃
、315℃）以下的溫度範圍內（260℃～300℃），銀納米粒子焊接工藝可以使用。圖10是連接條件與強度的關係。圖中虛線是富鉛焊料Pb-5Sn

、Pb-10Sn與Cu圓板型接頭的斷麵強度（分別為18Mpa,30MPa）,實線則代表銀納米粒子連接的斷麵強度。由圖可知，銀納米粒子不僅有與Pb-5Sn相匹敵的強度，而且可以在低溫、低di壓ya等deng較jiao寬kuan的de連lian接jie條tiao件jian下xia使shi用yong。其qi次ci，無wu論lun是shi升sheng溫wen還hai是shi增zeng壓ya，銀yin納na米mi粒li子zi連lian接jie的de斷duan麵mian強qiang度du都dou是shi其qi他ta兩liang者zhe無wu可ke比bi擬ni的de。而er且qie，該gai連lian接jie的de連lian接jie處chu有you高gao熔rong點dian，所suo以yi在zai隨sui後hou的de2次(ci)焊(han)接(jie)等(deng)熱(re)工(gong)藝(yi)中(zhong)不(bu)會(hui)熔(rong)化(hua)。另(ling)外(wai)，就(jiu)芯(xin)片(pian)鍵(jian)合(he)部(bu)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)電(dian)氣(qi)傳(chuan)導(dao)度(du)和(he)熱(re)傳(chuan)導(dao)性(xing)而(er)言(yan)
，由(you)於(yu)連(lian)接(jie)處(chu)是(shi)由(you)金(jin)屬(shu)銀(yin)形(xing)成(cheng)的(de)，所(suo)以(yi)一(yi)定(ding)比(bi)現(xian)行(xing)高(gao)溫(wen)焊(han)料(liao)的(de)特(te)性(xing)還(hai)要(yao)好(hao)。
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圖10銀納米粒子的銅觸點的連接強度與連接條件的關係

作為納米粒子工業的新開發
，銀納米粒子連接工藝有更大的應用範圍。但是，還必須做詳細的連接機理以及與Cu以外各金屬連接性的基礎研究。另外
，在電子安裝的實用化方麵
，還必須用實際的水準來檢驗連接處的電氣特性與耐環境可靠性。