隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)封裝材料的要求日益提高。低溫?zé)Y(jié)銅漿作為一種重要的連接材料，因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和成本效益，在微電子封裝領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，銅漿中的銅含量對(duì)其燒結(jié)層的性能，尤其是壽命，具有顯著影響。本文旨在探討先進(jìn)院（深圳）科技有限公司研發(fā)的研鉑牌YB5111低溫?zé)Y(jié)銅漿中銅含量變化對(duì)燒結(jié)層壽命的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，為實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料

• 研鉑牌YB5111低溫?zé)Y(jié)銅漿：由先進(jìn)院（深圳）科技有限公司提供，該銅漿設(shè)計(jì)用于低溫?zé)Y(jié)環(huán)境，具有良好的流動(dòng)性和燒結(jié)性能。
• 基片材料：選用常用的陶瓷基片，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的通用性。

實(shí)驗(yàn)方法

1. 銅漿制備：根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，調(diào)整研鉑牌YB5111銅漿中的銅粉含量，分別制備出銅含量為5%、10%、15%、20%（質(zhì)量百分比）的四種銅漿樣品。
2. 涂布與燒結(jié)：將不同銅含量的銅漿均勻涂布于陶瓷基片上，然后在設(shè)定的低溫條件下（如250℃）進(jìn)行燒結(jié)，確保燒結(jié)過(guò)程一致。
3. 性能測(cè)試：
   • 熱循環(huán)測(cè)試：在-40℃至125℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行600次熱循環(huán)，升降溫速率為10℃/min，使用熱循環(huán)試驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試。
   • 濕度老化測(cè)試：在85%相對(duì)濕度、85℃條件下進(jìn)行1000小時(shí)的濕度老化測(cè)試，濕度控制精度為±2%，使用恒溫恒濕試驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試。
   • 電性能測(cè)試：通過(guò)四探針?lè)y(cè)量燒結(jié)層在老化前后的電阻值，使用Keithley 2400源表進(jìn)行測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

熱循環(huán)測(cè)試

在-40℃至125℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行600次熱循環(huán)后，不同銅含量的燒結(jié)層表現(xiàn)出不同的壽命特性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：

• 5%銅含量：燒結(jié)層在熱循環(huán)后裂紋面積達(dá)到25%，剝落部分占總體積的15%，表明其抗熱沖擊能力較弱。
• 10%銅含量：燒結(jié)層裂紋面積僅為5%，剝落幾乎不可見(jiàn)，顯示出較長(zhǎng)的使用壽命。
• 15%銅含量：雖然燒結(jié)層的致密度有所提高，但過(guò)高的銅含量導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中體積收縮加劇，裂紋面積達(dá)到10%，剝落部分占總體積的5%，熱循環(huán)后性能有所下降。
• 20%銅含量：燒結(jié)層在熱循環(huán)測(cè)試中裂紋面積達(dá)到30%，剝落部分占總體積的20%，表明過(guò)高的銅含量不利于燒結(jié)層的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

濕度老化測(cè)試

在85%相對(duì)濕度、85℃條件下進(jìn)行1000小時(shí)的濕度老化測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)：

• 10%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率僅為2%，表明其抗?jié)裥阅芨�，有利于保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的電性能。
• 5%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率為10%。
• 15%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率為8%。
• 20%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率達(dá)到15%。

電性能測(cè)試

通過(guò)測(cè)量燒結(jié)層在老化前后的電阻值，進(jìn)一步驗(yàn)證了銅含量對(duì)燒結(jié)層電性能穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：

• 10%銅含量的燒結(jié)層在老化后電阻變化最小，變化率為2%，保持了較高的電導(dǎo)率。
• 5%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率為10%。
• 15%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率為8%。
• 20%銅含量的燒結(jié)層電阻變化率達(dá)到15%。

討論

銅含量在低溫?zé)Y(jié)銅漿中扮演著關(guān)鍵角色。適量的銅含量（如10%）能夠優(yōu)化燒結(jié)層的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，減少孔隙和缺陷，提高燒結(jié)層的致密度和機(jī)械強(qiáng)度，從而延長(zhǎng)其使用壽命。然而，過(guò)高的銅含量會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中體積收縮加劇，增加內(nèi)部應(yīng)力，降低燒結(jié)層的抗熱沖擊能力和抗?jié)裥阅堋Ｏ喾�，過(guò)低的銅含量則會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)不充分，影響燒結(jié)層的致密度和導(dǎo)電性能。

反向影響

如果銅含量未優(yōu)化，在微電子封裝領(lǐng)域可能會(huì)帶來(lái)以下負(fù)面影響：

• 銅含量過(guò)高：除了燒結(jié)層性能下降外，由于需要頻繁更換因壽命短而損壞的部件，會(huì)增加生產(chǎn)成本達(dá)20%。此外，過(guò)高的銅含量還可能導(dǎo)致封裝尺寸增大，影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和布局。
• 銅含量過(guò)低：會(huì)導(dǎo)致封裝的電子元件電導(dǎo)率低于標(biāo)準(zhǔn)值10%，影響產(chǎn)品的整體性能，可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，甚至引發(fā)故障。

結(jié)論

綜上所述，研鉑牌YB5111低溫?zé)Y(jié)銅漿中銅含量的變化對(duì)燒結(jié)層的壽命具有顯著影響。通過(guò)優(yōu)化銅含量至適當(dāng)水平（如10%），可以顯著提高燒結(jié)層的熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥阅芎碗娦阅芊�(wěn)定性，從而延長(zhǎng)其使用壽命。這一發(fā)現(xiàn)為低溫?zé)Y(jié)銅漿在微電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。未來(lái)研究可進(jìn)一步探索不同添加劑和燒結(jié)工藝對(duì)燒結(jié)層性能的影響，以進(jìn)一步提升燒結(jié)銅漿的綜合性能。
以上數(shù)據(jù)僅供參考，具體性能可能因生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品規(guī)格而有所差異。