银气凝胶基柔性低温钎料及互连性能研究.pdfVIP

摘要

随着电子产品不断向微型化和功能多样化方向发展，新型电子封装材料必

须同时满足低温互连和适应复杂结构互连的需求，以降低热损伤风险，并能够

适应多维形式封装发展趋势。锡铋钎料在低温钎焊技术中得到广泛应用，但由

于装配方式迭代和固有脆性风险，难以满足当前复杂结构表面连接需求。本文

提出了一种银纳米线气凝胶与锡铋钎料层构成的梯度结构复合钎料片，有望解

决曲面和异型结构连接难题，实现各种复杂结构上功能器件的共性互连。

银纳米线气凝胶由银纳米线单元三维交联而成，具备优异的反应活性、柔

弹性和可加工性，可作为锡铋钎料的复合基体。利用气凝胶柔性基体特征可实

现复杂结构表面的自适应连接。借助纳米银线优秀的反应和润湿特性，互连过

程中熔融液相钎料可润湿、穿透银纳米线网络组织，从而改变钎料-基体界面

的润湿平衡，有效地防止了液相钎料外溢，并于铜基板形成连续、致密的冶金

接头。接头中，银纳米线转化为微米级AgSn相，并弥散分布在互连界面附

3

近。弥散的AgSn相抑制了铋相的富集，显著细化共晶组织，并提高了液相反

3

应过程中界面铜锡金属间化合物（Intermetalliccompounds，IMC）生长所需

扩散激活能，引发细晶强化、第二相强化以及背应力强化，使接头常温剪切强

度可达78.5MPa。接头断裂路径由界面处转向钎料基体内部，并呈现出混合

断裂模式特征。

在21天120℃加速老化实验后，与锡铋接头相比，复合钎料接头IMC层

生长速率降低，完全抑制了孔隙生成和铋相偏析。复合钎料接头断裂路径从钎

料基体内部转移到IMC层表面，剪切强度为58.8MPa，相较于锡铋接头提高

了3.29倍。在1000周-45℃~120℃冷热循环后，锡铋接头断裂发生在IMC

层表面并且IMC层出现裂纹。而复合钎料接头表现出更低的IMC层生长速率

和更细化的共晶组织间距，剪切强度为61.0MPa，断裂始终发生在钎料基体

内部。在三点弯曲实验中，复合钎料接头的特征寿命比锡铋接头提高了16%。

综上，以气凝胶为基底设计的复合复合钎料不仅能解决复杂结构表面的低

温连接难题，还改善了锡铋接头的力学性能和长期服役的可靠性问题。

关键词：银纳米线气凝胶；梯度复合；锡铋低温钎料；长期可靠性

Abstract

Aselectronicproductscontinuallyevolvetowardsminiaturizationand

multifunctionality,novelelectronicpackagingmaterialsmustconcurrently

satisfythedemandsoflow-temperatureinterconnectionsandadapttocomplex

structuralinterconnections.Thisisessentialtoreducetheriskofthermaldamage

andaccommodatethemultidimensionalpackagingtrends.WhileSn-Bisolder

findsextensiveapplicationinlow-temperaturesolderingtechnology,itfaces

challengesinmeetingthecurrentconnectivityrequirementsofcomplexsurfaces

duetoiterativeassemblymethodsandinherentbrittleness.Thispaperproposes

agradientstructurecompositesolderpiececomposedofsilvernanowir