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1所(suo)示(shi)，就(jiu)是(shi)把(ba)有(you)納(na)米(mi)級(ji)凹(ao)凸(tu)圖(tu)形(xing)的(de)模(mo)板(ban)擠(ji)壓(ya)在(zai)塗(tu)覆(fu)了(le)樹(shu)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)的(de)基(ji)板(ban)上(shang)
，再(zai)在(zai)樹(shu)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)的(de)表(biao)麵(mian)複(fu)製(zhi)凹(ao)凸(tu)圖(tu)形(xing)。在(zai)普(pu)通(tong)的(de)納(na)米(mi)印(yin)刷(shua)技(ji)術(shu)中(zhong)，能(neng)等(deng)倍(bei)複(fu)製(zhi)模(mo)板(ban)，而(er)在(zai)高(gao)寬(kuan)比(bi)納(na)米(mi)印(yin)刷(shua)技(ji)術(shu)中(zhong)
，則(ze)能(neng)形(xing)成(cheng)高(gao)出(chu)納(na)米(mi)模(mo)板(ban)凹(ao)部(bu)的(de)結(jie)構(gou)體(ti)。


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

namiyinshuajishubeirenweishizuijiejinshiyonghuadezhizaojishu，ribenyiyounamiyinshuazhuangzhizaishichangshangchushou。danweilexingchenglianghaodejiegouti，bixuyaofazhanyinamimobanheshuzhicailiaoweixiandaodexiangguanjishu。muqian，zheyiyanjiuzhengzaiquanshijiefanweineizhankai。zheyijishudeyingyongzhongdianjiangshidianzilingyu，danyekaishishejibianyuannengyuandenglingyu。

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DTAquxianlaikan
，zaifarefanyingkaishidetongshi，lizizhiliangxunsujianshao
，keyirenweizheshideyoujiwaikeyibeifenjieyuquchu。erqie，dangtishengjiaresudushi
，fenjiewenduzexianggaowenceyidong。tu6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deSn-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。