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低温纳米银烧结机理及其性能研究
近年来,纳米银颗粒在三代半封装和电子技术领域中应用已有较多的研究,善仁新材通过采用复合纳米颗粒来改善纳米银烧结体导热、导电和服役可靠性等性能。
烧结的驱动力均为纳米银化学势能或表面能的降低,主要是质量通过从高能量区域迁移到低能量区域来实现的。表面、界面以及晶界的表面能大小依赖于纳米银颗粒的曲率。通过降低它们的曲率来消除或减少界面,纳米银的整体能量得以降低。
一方面,第三代半导体材料自身的热导率已经非常,比如碳化硅热导率可以达到83.6Wm-1K-1,这对热界面材料的导热性能提出了较高要求。如果热界面材料热导率过低就会在连接界面处聚集大量热量,从而降低互连结构的可靠性;另一方面,碳化硅等第三代半导体功率器件的工作温度可以达到260℃甚至更高,传统热界面材料的服役温度上限,这对热界面材料的高温服役可靠性提出了较高要求。
由于纳米银理论上可以低温烧结、高温服役并且热导率上限可达429Wm-1K-1,使得该材料正成为具潜力的第三代半导体功率器件用热界面材料。
然而,现阶段用作热界面材料的纳米银膏通常由单一尺寸的纳米银颗粒和有机物混合而成,其烧结体存在孔隙率高、晶粒尺寸小等问题,导致其烧结体热导率相较于理论热导率还有广阔的提升空间。
一是复合纳米银烧结体与其它单一尺寸纳米银烧结体相比,其孔隙率始终保持低(在室温至270℃的烧结温度范围内孔隙率基本保持在13.5%左右);二是复合纳米烧结银烧结体晶粒尺寸在烧结温度130℃后,始终大于其它单一尺寸纳米银膏(烧结温度为270℃的复合纳米银膏烧结体的平均晶粒尺寸为56.8nm);三是复合纳米银膏烧结体中存在大量的共格孪晶,孪晶界有利于提高烧结体导热性能。
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