中文摘要：

基于目前还无理想的无铅钎料替代高铅钎料和Ag的高导电导热、耐高温及其纳米颗粒低熔点特性，研制合适的纳米Ag焊膏并研究其低温烧结连接技术，该技术可用于高温电子封装特别是高功率密度器件封装等领域。采用优化的化学还原工艺获得颗粒直径可控的纳米Ag；根据有机组元的挥发-氧化分解特性及其在纳米Ag膏中的功能特性，设计有机组元与纳米Ag的配比制得颗粒分散均匀、粘度适中从而可丝网印刷的焊膏；基于有机组元上述特性和纳米颗粒烧结理论，设计多步加热的低温烧结工艺，获得具有致密度高于85%的Ag连接层和界面结合强度不低于40MPa的封装接头；与典型的高铅钎料对比，研究接头的焊态与高温服役性能，为该技术的实际应用和推广提供依据。提出纳米Ag焊膏低温烧结致密化、界面冶金结合及高温服役失效的机理和理论。最终获得封装温度不高于250℃、可替代高温高铅钎料钎焊的纳米Ag焊膏低温烧结技术，促进我国电子封装无铅化进程。

结论摘要：

本项目系统地研究了纳米金属焊膏合成新工艺及其低温烧结工艺、接头性能评估和连接机理。1）提出了多元醇法合成纳米银膏和纳米铜膏新工艺。该工艺不仅可通过改变化学反应条件实现对纳米银粒径和形貌的控制；还可通过控制纳米膏中有机物含量，既可获得实现高强烧结连接的高含量纳米银膏（Ag为96wt%，尺寸约40nm），又可获得用于空气环境中烧结连接的抗氧化纳米铜膏(约80nm)，并可在220℃低温下实现铜丝与铜箔之间的连接，接头拉剪强度超过13.5MPa。2）揭示了多元醇法纳米银焊膏涂覆性能提高的原因并研究获得了其低温烧结连接工艺与接头性能。多元醇法纳米银膏在涂覆过程中产生的“马兰戈尼”流可有效抑制“咖啡圈”现象，获得涂覆平整的纳米银膏层；250℃烧结后具有良好导电和导热能力，电阻率和热导率分别达到了11.8×10-8 Ω？m和53.8W/Km；采用纳米银膏在250℃和5MPa下保温30min可获得剪切强度50MPa的镀银铜块连接接头。特别是，无压条件下250℃保温30min也能获得强度16MPa的接头，对实际工业应用具有重要意义。3）提出了多元醇法纳米银膏低温烧结连接的冶金机理及其烧结程度与接头力学性能之间的内在关系。纳米银膏在低于250℃条件下烧结时是表面扩散控制过程，高于250℃烧结时是体积扩散控制过程。在对纳米银膏连接接头微观结构和力学性能分析基础上，提出了基于金属颗粒烧结“球-球模型”的纳米银膏烧结连接接头强度模型，揭示了接头强度与纳米银颗粒烧结颈尺寸的特征值（x/r）2存在线性关系。4）采用葡萄糖还原新工艺制得了20-50nm的Ag-Cu合金颗粒，在压力2MPa、烧结温度300℃、保温时间10min条件下获得45MPa接头强度。还系统研究了低成本微米级Ag2O与三甘醇混合焊膏原位生成纳米Ag以及添加微米级镀银铜粉的低温烧结连接工艺，获得了抗电化学迁移能力提高一倍以上和强度24MPa的接头。