【摘 要】
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在高温电子封装领域,现有的高温钎料已经无法实现“低温连接,高温服役”的技术要求,目前研究方向主要集中在瞬时液相连接和粉末固相烧结两方面。但是两者都存在难以解决的问
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在高温电子封装领域,现有的高温钎料已经无法实现“低温连接,高温服役”的技术要求,目前研究方向主要集中在瞬时液相连接和粉末固相烧结两方面。但是两者都存在难以解决的问题,如高孔隙率,金属间化合物的硬脆性,铜的易氧化性和银的电迁移失效等问题。因此,研究一种能有效降低焊接接头孔隙率、不引入金属间化合物、具有优良性能的高温互连材料将会极大推动高温电子封装技术的进展。本工作使用化学还原法,制备出纳米级和微米级的复合Cu@Ag粉末,研究分散剂和还原剂对合成粉末形貌粒径的影响规律,阐明其化学还原过程及沉积机理。利用电磁压制技术,高效制备致密的Cu@Ag复合焊片,探究电磁压制电压对焊片内外组织及性能的影响规律。通过热压烧结成功制备出结合强度高达50MPa的铜银复合焊点接头,借助扫描电镜和透射电镜研究焊缝组织的形貌、相组成和微/纳缺陷,揭示接头的断裂路径及断裂机理。在制备纳米级Cu@Ag粉末实验中,以聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂,次磷酸钠作为还原剂,使两者与主盐硫酸铜的质量比分别为3:2和1:1的条件下,成功制备出均一性良好的60-80nm类球状铜粉。并以柠檬酸钠同时作为配位剂及弱还原剂,原位制备出银含量达到45.08wt.%的纳米镀银铜粉。在制备微米级Cu@Ag粉末实验中,对微米级铜粉预处理后,以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,乙二胺四乙酸二钠为配位剂,甲醛和水合肼为还原剂,成功制备出银含量在10-50wt.%的微米级镀银铜粉。相较于纯铜粉,镀银铜粉的抗氧化性得到了提升,抗氧化温度提高了70℃,氧化增重降低了2.33%。在440μF,2800V-4400V电磁压制参数下,成功制备出低电阻率复合Cu@Ag预制焊片。随着电压升高,焊片内部致密度从86.1%上升至99.2%,电阻率从2.353×10-5Ω·cm下降至2.016×10-5Ω·cm。高致密度的Cu@Ag复合焊片比镀银铜粉表现出更优异的抗氧化性能,其氧化过程更为缓慢,最终氧化增重仅为4.44%。通过热压烧结成功实现复合Cu@Ag焊片与铜基板的互连。在微米尺度下,焊缝组织内部无明显缺陷,连接界面完整可靠。在亚微米尺度下,在铜银界面发现了纳米级过度层的存在,组织内部及连接界面存在纳米级孔洞。但是复合焊点的有效强度依然可达到40MPa以上,极限强度达到50.68MPa。其断裂方式为韧脆混合断裂,断裂路径沿上下基板,后贯穿整个焊缝。在断口处可以观察到明显的韧窝及锯齿状断裂路径。
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