第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展
柯鑫, 谢炳卿, 王忠, 张敬国, 王建伟, 李占荣, 贺会军, 汪礼敏
无机材料学报
2024, 39 ( 1):
17-31.
DOI:10.15541/jim20230345
半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心, 随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要, 以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大, 导致摩尔定律正逐渐达到极限, 先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向, 其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案, 具有低成本、高可靠性和可扩展性, 近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别; 然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述, 主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响; 最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点, 并展望了未来的发展方向, 以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。
| Material | Temperature/℃ | Relative market price* | Relative performance | | Bonding | IMC | Thermal conductivity | Electrical conductivity | | Cu-Sn | 280 | 415(Cu6Sn5) | Cu: 0.5 | Cu: 4.4 | Cu: 4.1 | | 676(Cu3Sn) | Sn: 0.8 | | Ni-Sn | 300 | 800(Ni3Sn3) | Ni: 1 | Ni: 1 | Ni: 1 | | Sn: 0.8 | | Au-Sn | 250 | 419(AuSn) | Au: 2600 | Au: 3.5 | Au: 3.1 | | Sn: 0.8 | | Ag-Sn | 250 | 480(Ag3Sn) | Ag: 63 | Ag: 4.7 | Ag: 4.4 | | Sn: 0.8 | | Ag-In | 200 | 495 | Ag: 63 | Ag: 4.7 | Ag: 4.7 | | In: 37.5 | | Au-In | 175 | 880 | Au: 2600 | Au: 3.1 | Au: 3.1 | | In: 37.5 |
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表2
各种TLP键合材料及其性能[60]
正文中引用本图/表的段落
传统半导体材料无法满足发展中的高频、高压、高温、高功率等严峻工况及社会发展的需要, 同时在“双碳”目标背景之下, 促成了以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料的快速崛起。发展至今, 第三代半导体材料已在LED半导体照明、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、IT产品、国防军工等领域实现应用(图2), 是电子电力、微波射频等功率器件的工作“核芯”。
TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能。Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注。Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展。与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题。TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物。此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂。为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]。
Peng等[90]通过调节纳米(10 nm)与微米(1 μm)颗粒的质量比和烧结参数, 系统研究了Cu-Cu接头的组织和结合性能, 利用纳米粒子的小尺寸效应和微米粒子的填充效应, 提高键合性能。结果表明, 纳米粒子与微米粒子的质量比为3 : 2时, 在2 MPa压力下、250 ℃Ar气氛中烧结15 min, 抗剪强度达到45.6 MPa, 电阻率为5.44 μΩ·cm, 孔隙率为2.67%, 断口和结合界面分别出现了显著的塑性变形和颈部生长组织。Gao等[91]采用一步多元醇法合成的200和1000 nm的双峰铜粒子与聚乙二醇(PEG)的还原剂混合形成糊状, 在氮气和真空烧结气氛下制备铜接头, 如图9所示。其中在350 ℃, 0.4 MPa N2气氛中烧结, 剪切强度达到40 MPa, 而真空气氛下烧结仅达到22.4 MPa。Matsuda等[92]使用0.53 μm(A)、0.61 μm(B)和0.95 μm(C)三种不同粒径的铜颗粒, 研究了在还原性气体气氛下, 表面氧化物和铜粉粒径对烧结性能的影响。结果表明, 在N2-3%H2混合气氛中300 ℃无压烧结30 min, 采用0.53 μm(A)粒径的铜材烧结后的剪切强度最高为23 MPa, 其氧化层厚度也最薄(仅为几纳米)。Li等[93]研制了一种纳米铜和3-二甲氨基-1,2-丙二醇甲酸铜(DMAPD)配合物组成的铜混合油墨, Cu-DMAPD配合物在140 ℃左右可转化为铜纳米颗粒和DMAPD配体,分散在油墨的大铜纳米粒子周围的小铜纳米颗粒可以在相对较低的温度下烧结, 从而在较大的纳米颗粒之间形成连接, 残留的DMAPD有利于铜纳米颗粒的抗氧化保护, 且可在烧结过程中去除。结果表明, 含质量分数38% Cu-DMAPD 的混合油墨在N2气氛下200 ℃烧结1 h的铜膜导电性最好, 电阻率为18 μΩ·cm。
100 nm铜纳米颗粒与3-二甲氨基-1, 2-丙二醇(DMAPD)以4 : 1的质量比混合, 制备抗氧化铜浆。乳酸处理后的铜纳米颗粒表面有少量乳酸铜, 可以防止铜的氧化, 图12为铜纳米粒子的处理过程示意图。在225 ℃, 8 MPa, N2气氛中烧结10 min得到导电铜膜, 剪切强度达到(28.7±1.6) MPa, 在空气中烧结也有着优异的抗氧化效果。Jang等[99]采用甲酸除去纳米铜表面氧化层的工艺使得纳米铜颗粒烧结在柔性高分子材料基板上。Nishikawa等[100]将片状铜颗粒与松油醇混合制成铜膏在300 ℃的空气中氧化5 min后引入还原性气体甲酸还原烧结40 min得到了剪切强度为17.1 MPa的Cu-Cu接头。片状铜颗粒表面的氧化物与热的甲酸气体反应, Cu2O和CuO被还原成Cu, 重新露出新鲜的片状纯铜颗粒表面, 铜颗粒之间的物质交换得以进行。
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜。纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响。
TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[ 34??- 37]、Cu-Sn[ 38?????- 44]、Au-Sn[ 45???- 49]和Ag-Sn[ 50???- 54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu 6Sn 5和Cu 3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[ 55?- 57]和Ag-In[ 58- 59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[ 60]. ...
TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[ 34??- 37]、Cu-Sn[ 38?????- 44]、Au-Sn[ 45???- 49]和Ag-Sn[ 50???- 54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu 6Sn 5和Cu 3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[ 55?- 57]和Ag-In[ 58- 59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[ 60]. ... Diffusion of Cu and interfacial reactions during reflow of Sn-8.5Zn-0.5Ag-0.01Al-0.1Ga alloy on Ni/Cu substrate 1 2012 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Nickel-tin solid-liquid inter- diffusion bonding 1 2014 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Evolution of the intermetallic compounds in Ni/Sn-2.5Ag/Ni microbumps for three-dimensional integrated circuits 1 2015 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Inhibition of gold embrittlement in micro-joints for three-dimensional integrated circuits 1 2014 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Wafer-level package with simultaneous TSV connection and cavity hermetic sealing by solder bonding for MEMS device 1 2009 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Phase transformation and grain orientation of Cu-Sn intermetallic compounds during low temperature bonding process 1 2013 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Full intermetallic joints for chip stacking by using thermal gradient bonding 1 2016 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Growth kinetics of Cu6Sn5 intermetallic compound in Cu-liquid Sn interfacial reaction enhanced by electric current 1 2018 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Ultrafast formation of unidirectional and reliable Cu3Sn-based intermetallic joints assisted by electric current 1 2017 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Non-interfacial growth of Cu3Sn in Cu/Sn/Cu joints during ultrasonic-assisted transient liquid phase soldering process 1 2017 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... A comparative study on the microstructure and mechanical properties of Cu6Sn5 and Cu3Sn joints formed by TLP soldering with/without the assistance of ultrasonic waves 1 2018 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... A diffusional model for transient liquid phase bonding 1 1997 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Low temperature transient liquid phase bonding of Au/Sn and Cu/Sn electroplated material systems for MEMS wafer-level packaging 1 2013 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Development of new transient liquid phase system Au-Sn-Au for microsystem technology 1 2010 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Au-Sn SLID bonding: a reliable HT interconnect and die attach technology 1 2013 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Microstructural characterization and mechanical performance of wafer-level SLID bonded Au-Sn and Cu-Sn seal rings for MEMS encapsulation 1 2015 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Fluxless bonding of bismuth telluride chips to Alumina using Ag-In system for high temperature thermoelectric devices 1 2011 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Kinetics of Ag3Sn growth in Ag-Sn-Ag system during transient liquid phase soldering process 1 2010 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Thin layer in situ XRD of electrodeposited Ag/Sn and Ag/In for low temperature isothermal diffusion soldering 1 2008 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Effect of process and service conditions on TLP-bonded components with (Ag,Ni-)Sn interlayer combinations 1 2015 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Microstructure characterization and mechanical behavior for Ag3Sn joint produced by foil- based TLP bonding in air atmosphere 1 2017 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Study of the Au/In reaction for transnsient liquid-phase bonding and 3D chip stackaging 1 2008 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Initial interfacial reactions of Ag/In/Ag and Au/In/Au joints during transient liquid phase bonding 1 2018 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... 1 2009 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Solid-liquid interdiffusion bonding between In-coated silver thick films 1 2002 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... Characterization of intermediate In/Ag layers of low temperature fluxless solder based wafer bonding for MEMS packaging 1 2009 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ... A review: formation of voids in solder joint during the transient liquid phase bonding process-causes and solutions 3 2019 ... TLP键合材料主要分为Sn基和In基金属, 其熔点分别为231.9和156.6 ℃, 表2为应用于TLP键合的各种材料及其性能.Sn基金属, 如Ni-Sn[34??-37]、Cu-Sn[38?????-44]、Au-Sn[45???-49]和Ag-Sn[50???-54]合金体系常被用于TLP键合材料, 其中, Ni-Sn和Cu-Sn因其成本优势而备受关注.Ni-Sn已被用作LED照明行业的高温键合材料, 但其导电性能较Cu-Sn差; 然而, 由于Cu-Sn存在氧化问题和复杂的平衡相图, 容易生成Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物, 降低键合可靠性, 阻碍了其发展.与此同时, 以In为基础的Au-In[55?-57]和Ag-In[58-59]合金也被用于TLP键合材料, 但它们也存在成本和氧化问题.TLP键合接头面临的挑战是, 基本上所有的合金体系都存在大量的脆性化合物.此外, 在键合过程中形成的空隙也是裂纹生成的重要原因, 综合作用下极易导致脆性断裂.为了提高TLP键合的可靠性, 必须充分考虑脆性化合物和空隙对焊点的机械和热完整性所带来的不利影响, 进行整体的成分和结构设计[60]. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Die bonding performance using bimodal Cu particle paste under different sintering atmospheres 2 2017 ... Peng等[90]通过调节纳米(10 nm)与微米(1 μm)颗粒的质量比和烧结参数, 系统研究了Cu-Cu接头的组织和结合性能, 利用纳米粒子的小尺寸效应和微米粒子的填充效应, 提高键合性能.结果表明, 纳米粒子与微米粒子的质量比为3 : 2时, 在2 MPa压力下、250 ℃Ar气氛中烧结15 min, 抗剪强度达到45.6 MPa, 电阻率为5.44 μΩ·cm, 孔隙率为2.67%, 断口和结合界面分别出现了显著的塑性变形和颈部生长组织.Gao等[91]采用一步多元醇法合成的200和1000 nm的双峰铜粒子与聚乙二醇(PEG)的还原剂混合形成糊状, 在氮气和真空烧结气氛下制备铜接头, 如图9所示.其中在350 ℃, 0.4 MPa N2气氛中烧结, 剪切强度达到40 MPa, 而真空气氛下烧结仅达到22.4 MPa.Matsuda等[92]使用0.53 μm(A)、0.61 μm(B)和0.95 μm(C)三种不同粒径的铜颗粒, 研究了在还原性气体气氛下, 表面氧化物和铜粉粒径对烧结性能的影响.结果表明, 在N2-3%H2混合气氛中300 ℃无压烧结30 min, 采用0.53 μm(A)粒径的铜材烧结后的剪切强度最高为23 MPa, 其氧化层厚度也最薄(仅为几纳米).Li等[93]研制了一种纳米铜和3-二甲氨基-1,2-丙二醇甲酸铜(DMAPD)配合物组成的铜混合油墨, Cu-DMAPD配合物在140 ℃左右可转化为铜纳米颗粒和DMAPD配体,分散在油墨的大铜纳米粒子周围的小铜纳米颗粒可以在相对较低的温度下烧结, 从而在较大的纳米颗粒之间形成连接, 残留的DMAPD有利于铜纳米颗粒的抗氧化保护, 且可在烧结过程中去除.结果表明, 含质量分数38% Cu-DMAPD 的混合油墨在N2气氛下200 ℃烧结1 h的铜膜导电性最好, 电阻率为18 μΩ·cm. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Reduction behavior of surface oxide on submicron copper particles for pressureless sintering under reducing atmosphere 2 2021 ... Peng等[90]通过调节纳米(10 nm)与微米(1 μm)颗粒的质量比和烧结参数, 系统研究了Cu-Cu接头的组织和结合性能, 利用纳米粒子的小尺寸效应和微米粒子的填充效应, 提高键合性能.结果表明, 纳米粒子与微米粒子的质量比为3 : 2时, 在2 MPa压力下、250 ℃Ar气氛中烧结15 min, 抗剪强度达到45.6 MPa, 电阻率为5.44 μΩ·cm, 孔隙率为2.67%, 断口和结合界面分别出现了显著的塑性变形和颈部生长组织.Gao等[91]采用一步多元醇法合成的200和1000 nm的双峰铜粒子与聚乙二醇(PEG)的还原剂混合形成糊状, 在氮气和真空烧结气氛下制备铜接头, 如图9所示.其中在350 ℃, 0.4 MPa N2气氛中烧结, 剪切强度达到40 MPa, 而真空气氛下烧结仅达到22.4 MPa.Matsuda等[92]使用0.53 μm(A)、0.61 μm(B)和0.95 μm(C)三种不同粒径的铜颗粒, 研究了在还原性气体气氛下, 表面氧化物和铜粉粒径对烧结性能的影响.结果表明, 在N2-3%H2混合气氛中300 ℃无压烧结30 min, 采用0.53 μm(A)粒径的铜材烧结后的剪切强度最高为23 MPa, 其氧化层厚度也最薄(仅为几纳米).Li等[93]研制了一种纳米铜和3-二甲氨基-1,2-丙二醇甲酸铜(DMAPD)配合物组成的铜混合油墨, Cu-DMAPD配合物在140 ℃左右可转化为铜纳米颗粒和DMAPD配体,分散在油墨的大铜纳米粒子周围的小铜纳米颗粒可以在相对较低的温度下烧结, 从而在较大的纳米颗粒之间形成连接, 残留的DMAPD有利于铜纳米颗粒的抗氧化保护, 且可在烧结过程中去除.结果表明, 含质量分数38% Cu-DMAPD 的混合油墨在N2气氛下200 ℃烧结1 h的铜膜导电性最好, 电阻率为18 μΩ·cm. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Mixed ink of copper nanoparticles and copper formate complex with low sintering temperatures 4 2016 ... Peng等[90]通过调节纳米(10 nm)与微米(1 μm)颗粒的质量比和烧结参数, 系统研究了Cu-Cu接头的组织和结合性能, 利用纳米粒子的小尺寸效应和微米粒子的填充效应, 提高键合性能.结果表明, 纳米粒子与微米粒子的质量比为3 : 2时, 在2 MPa压力下、250 ℃Ar气氛中烧结15 min, 抗剪强度达到45.6 MPa, 电阻率为5.44 μΩ·cm, 孔隙率为2.67%, 断口和结合界面分别出现了显著的塑性变形和颈部生长组织.Gao等[91]采用一步多元醇法合成的200和1000 nm的双峰铜粒子与聚乙二醇(PEG)的还原剂混合形成糊状, 在氮气和真空烧结气氛下制备铜接头, 如图9所示.其中在350 ℃, 0.4 MPa N2气氛中烧结, 剪切强度达到40 MPa, 而真空气氛下烧结仅达到22.4 MPa.Matsuda等[92]使用0.53 μm(A)、0.61 μm(B)和0.95 μm(C)三种不同粒径的铜颗粒, 研究了在还原性气体气氛下, 表面氧化物和铜粉粒径对烧结性能的影响.结果表明, 在N2-3%H2混合气氛中300 ℃无压烧结30 min, 采用0.53 μm(A)粒径的铜材烧结后的剪切强度最高为23 MPa, 其氧化层厚度也最薄(仅为几纳米).Li等[93]研制了一种纳米铜和3-二甲氨基-1,2-丙二醇甲酸铜(DMAPD)配合物组成的铜混合油墨, Cu-DMAPD配合物在140 ℃左右可转化为铜纳米颗粒和DMAPD配体,分散在油墨的大铜纳米粒子周围的小铜纳米颗粒可以在相对较低的温度下烧结, 从而在较大的纳米颗粒之间形成连接, 残留的DMAPD有利于铜纳米颗粒的抗氧化保护, 且可在烧结过程中去除.结果表明, 含质量分数38% Cu-DMAPD 的混合油墨在N2气氛下200 ℃烧结1 h的铜膜导电性最好, 电阻率为18 μΩ·cm. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Controlling the thickness of the surface oxide layer on Cu nanoparticles for the fabrication of conductive structures by ink-jet printing 3 2008 ... 对纳米铜表面处理后的烧结性能也进行了一系列研究. 韩国研究人员针对纳米铜颗粒表层氧化物对烧结性能的影响开展研究(图10)[94], 发现氧化物壳层会阻碍烧结颈形成, 使孔隙增大, 致密化程度下降.随着氧化物壳层厚度的减小, 烧结电阻率显著降低.Bhogaraju等[95]利用聚乙二醇对铜氧化物的还原作用和防止结块的特性作为黏结剂, 用HCl在黄铜片选择性蚀刻锌进行表面修饰, 之后在275 ℃, 10 MPa, N2气氛中烧结30 min, 剪切强度达到50 MPa, 并观察到密集的块状到海绵状微观结构的形态转变. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Novel copper particle paste with self-reduction and self-protection characteristics for die attachment of power semiconductor under a nitrogen atmosphere 4 2018 ... 进一步研究, Gao等[96]在铜浆中简单添加抗坏血酸(AA), 烧结过程中AA还原铜粉表面的氧化物层并防止了进一步氧化, 如图11所示.在300 ℃, 0.4 MPa, N2气氛中烧结30 min, AA添加质量分数为1.3%的铜浆烧结铜接头的结合强度高达24.8 MPa, 是一种极具吸引力的互连材料, 而未添加AA的铜浆烧结材料的结合强度仅为9.7 MPa. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Facile preparation of self- reducible Cu nanoparticle paste for low temperature Cu-Cu bonding 2 2019 ... Mou等[97]采用由62%(质量分数)的6.5 nm纳米铜颗粒(Cu NPs)和38%(质量分数)的有机组分(异丙醇胺(IPA)稳定剂和乙二醇)组成的铜膏, 利用IPA的还原性消除Cu NPs的表面氧化物, 提高Cu NPs的烧结性能, 在250 ℃, 5 MPa, Ar气氛下烧结30 min, Cu-Cu接头的抗剪强度达到36.2 MPa, 结合接头的断裂组织具有明显的韧性变形, 且不存在有机残留.Wang等[98]用乳酸处理过的平均直径为 ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Anti-oxidative copper nanoparticle paste for Cu-Cu bonding at low temperature in air. 4 2021 ... Mou等[97]采用由62%(质量分数)的6.5 nm纳米铜颗粒(Cu NPs)和38%(质量分数)的有机组分(异丙醇胺(IPA)稳定剂和乙二醇)组成的铜膏, 利用IPA的还原性消除Cu NPs的表面氧化物, 提高Cu NPs的烧结性能, 在250 ℃, 5 MPa, Ar气氛下烧结30 min, Cu-Cu接头的抗剪强度达到36.2 MPa, 结合接头的断裂组织具有明显的韧性变形, 且不存在有机残留.Wang等[98]用乳酸处理过的平均直径为 ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Sintering of inkjet printed copper nanoparticles for flexible electronics 1 2010 ... 100 nm铜纳米颗粒与3-二甲氨基-1, 2-丙二醇(DMAPD)以4 : 1的质量比混合, 制备抗氧化铜浆.乳酸处理后的铜纳米颗粒表面有少量乳酸铜, 可以防止铜的氧化, 图12为铜纳米粒子的处理过程示意图.在225 ℃, 8 MPa, N2气氛中烧结10 min得到导电铜膜, 剪切强度达到(28.7±1.6) MPa, 在空气中烧结也有着优异的抗氧化效果.Jang等[99]采用甲酸除去纳米铜表面氧化层的工艺使得纳米铜颗粒烧结在柔性高分子材料基板上.Nishikawa等[100]将片状铜颗粒与松油醇混合制成铜膏在300 ℃的空气中氧化5 min后引入还原性气体甲酸还原烧结40 min得到了剪切强度为17.1 MPa的Cu-Cu接头.片状铜颗粒表面的氧化物与热的甲酸气体反应, Cu2O和CuO被还原成Cu, 重新露出新鲜的片状纯铜颗粒表面, 铜颗粒之间的物质交换得以进行. ... Improved joint strength with sintering bonding using microscale Cu particles by an oxidation-reduction process 2 ... 100 nm铜纳米颗粒与3-二甲氨基-1, 2-丙二醇(DMAPD)以4 : 1的质量比混合, 制备抗氧化铜浆.乳酸处理后的铜纳米颗粒表面有少量乳酸铜, 可以防止铜的氧化, 图12为铜纳米粒子的处理过程示意图.在225 ℃, 8 MPa, N2气氛中烧结10 min得到导电铜膜, 剪切强度达到(28.7±1.6) MPa, 在空气中烧结也有着优异的抗氧化效果.Jang等[99]采用甲酸除去纳米铜表面氧化层的工艺使得纳米铜颗粒烧结在柔性高分子材料基板上.Nishikawa等[100]将片状铜颗粒与松油醇混合制成铜膏在300 ℃的空气中氧化5 min后引入还原性气体甲酸还原烧结40 min得到了剪切强度为17.1 MPa的Cu-Cu接头.片状铜颗粒表面的氧化物与热的甲酸气体反应, Cu2O和CuO被还原成Cu, 重新露出新鲜的片状纯铜颗粒表面, 铜颗粒之间的物质交换得以进行. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Low-temperature and low-pressure Cu-Cu bonding by highly sinterable Cu nanoparticle paste 4 2017 ... Li等[103]采用合成的纳米铜粒子与丁醇混合的纯铜纳米粒子膏体在低温(300 ℃)、低压(1.08 MPa)、Ar-H2混合气体气氛下烧结60 min后性能良好, 结合界面组织稳定致密, 电阻率低, 图14中电阻率最低仅为11.2 μΩ·cm.经过150 ℃、200 h的等温热老化试验, 结合接头的抗剪强度达到了31.88 MPa, 变化不大, 并且结合界面的微观组织和元素组成在失效前后基本没有变化. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Highly conductive Cu-Cu joint formation by low-temperature sintering of formic acid-treated Cu nanoparticles 4 2016 ... Liu等[104]通过多元醇方法制备的平均粒径为30 nm的纳米Cu颗粒用甲酸处理后与乙二醇混合制成纳米Cu浆, 之后在10 MPa, 5% H2+95% N2混合气氛中烧结5 min, 烧结温度160~320 ℃, 烧结过程示意图如图15所示.在260 ℃烧结时, Cu纳米颗粒层表现出5.65 μΩ·cm的低电阻率, 接头表现出43.4 MPa的高剪切强度.在320 ℃烧结时, 电阻率降低到3.16 μΩ·cm, 剪切强度提高到51.7 MPa.微观结构分析表明, Cu结合界面之间通过冶金结合实现.同样地, 本课题组的Pan等[105]采用以乙二醇为反应溶剂和还原剂合成的100~200 nm的纯铜粉在300 ℃下便实现了冶金结合, 并发现烧结层密度随烧结时间的延长而逐渐增大, 孔隙率逐渐降低, 纳米铜粉烧结30 min后基本稳定. ...
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Study on preparation and application of nano-copper powder for power semiconductor device packaging 1 ... Liu等[104]通过多元醇方法制备的平均粒径为30 nm的纳米Cu颗粒用甲酸处理后与乙二醇混合制成纳米Cu浆, 之后在10 MPa, 5% H2+95% N2混合气氛中烧结5 min, 烧结温度160~320 ℃, 烧结过程示意图如图15所示.在260 ℃烧结时, Cu纳米颗粒层表现出5.65 μΩ·cm的低电阻率, 接头表现出43.4 MPa的高剪切强度.在320 ℃烧结时, 电阻率降低到3.16 μΩ·cm, 剪切强度提高到51.7 MPa.微观结构分析表明, Cu结合界面之间通过冶金结合实现.同样地, 本课题组的Pan等[105]采用以乙二醇为反应溶剂和还原剂合成的100~200 nm的纯铜粉在300 ℃下便实现了冶金结合, 并发现烧结层密度随烧结时间的延长而逐渐增大, 孔隙率逐渐降低, 纳米铜粉烧结30 min后基本稳定. ... A metal-metal bonding process using metallic copper nanoparticles prepared in aqueous solution 1 2014 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Design of Cu nanoaggregates composed of ultra-small Cu nanoparticles for Cu-Cu thermocompression bonding 1 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Rapid low temperature sintering in air of copper submicron particles with synergistic surface-activation and anti-oxidative protection 1 2019 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... A low temperature self- reducible copper hydroxide amino-alcohol complex catalyzed by formic acid for conductive copper films 1 2018 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Synthesis of copper conductive film by low-temperature thermal decomposition of coppereaminediol complexes under an air atmosphere 1 2014 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Die attachment by extremely fast pressure-assisted sintering of 200 nm Cu particles 1 2021 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... High bond strength Cu joints fabricated by rapid and pressureless in situ reduction- sintering of Cu nanoparticles 1 2020 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Antioxidative effect of lactic acid-stabilized copper nanoparticles prepared in aqueous solution 1 2012 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Fabrication of reliable Cu-Cu joints by low temperature bonding isopropanol stabilized Cu nanoparticles in air. 1 2018 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Cu-Cu bonding enhancement at low temperature by using carboxylic acid surface-modified Cu nanoparticles 1 2018 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Low- temperature sintering of metallacyclic stabilized copper nanoparticles and adhesion enhancment of conductive copper film to a polyimide substrate 1 2016 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Size-controllable synthesis of bimodal Cu particles by polyol method and their application in die bonding for power devices 1 2018 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ... Enhanced heat dissipation of high-power light-emitting diodes by Cu nanoparticle paste 1 2019 ... Comparison of various low-temperature sintering processes and their performance
(1)纳米Cu易氧化: 纳米Cu颗粒的制备和保存困难，其表面在空气中极易氧化为较稳定的CuO和Cu 2O, 杂质的电阻率和熔点都高于单质铜.纳米Cu颗粒表面的氧化层在烧结过程中阻碍了Cu原子间的扩散, 进而提升了烧结温度, 且会对致密度和导电性能造成不利影响. ...
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