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研究生:李欣晏
研究生(外文):Hsin-Yen Li
論文名稱:奈米粒子燒結導線之荷電性質探討
論文名稱(外文):Current stressing properties of nanoparticle-sintered interconnections
指導教授:宋振銘
口試委員:汪俊延林靖淵
口試日期:2016-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:材料科學與工程學系所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:奈米粒子燒結導線
外文關鍵詞:nanoparticlesintered
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利用奈米金屬粒子低熔點、低溫燒結特性來達到微電子導線製程低溫化,為當前微電子構裝發展重要趨勢之一。奈米金屬粒子並非良導體,需移除表面活性劑並達到奈米粒子間充分融合,才能顯現良好電導性。考量線路受到高電壓突流(Inrush current)可能發生燒毀損壞,本研究以數種奈米銀(銀銅)漿料製備燒結導線,研究其承受高壓脈衝之可靠度評估。所使用的漿料包括商用奈米銀漿料(Alpha metal) 、銀包銅漿料、噴霧熱裂解銀漿料以及銅銀複合漿料。實驗結果顯示,各導線遭受突入高電壓脈衝因受熱導致金屬重熔,燒斷耐受性(臨界脈衝次數)和導線電阻率恰呈反比關係。本研究開發之熱裂解銀漿料電阻最低、脈衝壽命最佳,表現較商業奈米銀漿優異。漿料中銅含量越高、電性表現與高荷電可靠度越差,可能因銅易氧化所致。此外亦發現,脈衝壽命佳者,燒斷處呈熔融結球,壽命不佳者則出現龜裂形貌

By utilizing the drastically reduced sintering temperature of nano-sized particles, one of the trends in microelectronic packaging is to manufacture highly conductive interconnections at a low processing temperature using noble metallic nanoparticles. Considering the application under high voltage current stressing, several nano-particle pastes were sintered to interconnections and their performance subject to high voltage pulse were studied. The pastes investigated include commercial -metal nano-Ag pastes, C@Ag pastes, spray-pyrolyzed Ag pastes, and Cu-Ag mixed pastes. Experimental results indicate that all the conductive tracks damaged due to the heat generated by inrush current. The critical pulse number to failure follows an inverse proportion to the electrical resistivity of the interconnections. The spray-pyrolyzed Ag pastes developed in this study possessed a superior electrical conductivity and thus long current-stressing life, which was better than the commercial nano-Ag pastes. It was found that with a higher Cu content, the current-stressing behavior got worse, which could be ascribed to the easy oxidation of Cu. Microstructural observation results reveal that the interconnections with good current-stressing performance showed a melting and resolidified feature, and those with short pulse life were with cracking morphology

總目錄
摘 要 i
Abstract ii
總目錄 iii
表目錄 v
圖目錄 vi
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 2
2.1. 金屬奈米材料 2
2.1.1.奈米材料性質與發展現況 2
2.1.2. 銀奈米粒子 2
2.2奈米銀製備 3
2.3奈米銀漿料製備 4
2.4以奈米銀漿製備導線及薄膜 4
2.5奈米金屬燒結技術 6
2.6 奈米金屬燒結導線之電性與可靠度 7
第三章 實驗流程與步驟 24
3.1金屬粒子合成及漿料製備 24
3.1.1 氧化銅粒子兩相還原法 24
3.1.2 以無電鍍製備核-殼金屬粒子 24
3.1.3 以噴霧熱解法製備銀顆粒 25
3.1.4 Cu@Ag/AgA400混合金屬漿料製備 26
3.2 儀器與樣品置備 26
3.2.1場發射掃描式電子顯微鏡 26
3.2.2 熱重分析儀 26
3.2.3聚焦離子束電子顯微鏡 26
3.2.4傅立葉轉換紅外線光譜儀 27
3.2.5四點探針電性量測 27
3.3 各漿料進行燒結形成導電膜 27
3.4 將各漿料燒結形成的導線進行高電壓/電流脈衝燒斷測試 27
第四章 實驗結果與討論 36
4.1 Cu@Ag分析 36
4.1.1 Cu@Ag粒子熱重分析 36
4.1.2 Cu@Ag粒子核殼FIB分析 36
4.2 AgA400分析 36
4.2.1 AgA400表面形貌與粒徑分析 36
4.2.2 AgA400粒子FT-IR分析 36
4.3各漿料燒結前形貌觀察 36
4.4 各漿料經燒結後之表面形貌、剖面組織及電阻率 37
4.5脈衝高電壓/電流臨界燒斷可靠度測試 38
4.5.1電阻率及燒斷脈衝次數 38
4.5.2燒斷形貌與組織分析 38
4.5.3壽命及影響要因探討 39
第五章 結論 61
第六章 參考文獻 62


表目錄
表2-1 調配銀漿料參考文獻。 8
表2-2 不同奈米銀顆粒製備方法及性質比較 [47-53]。 9
表3-1 實驗使用之藥品清單。 29
表3-2 金屬漿料製備所使用之漿料溶劑及添加物之沸點與熔點一覽 30


圖目錄
圖2-1利用不同成份及比例(微米粒子:奈米粒子=50:20,60:10 in w t%;玻璃粉末:3 wt% or 6 wt%;商業漿料溶劑:27 wt% or 24 wt%)研製銀漿料(N20G3:奈米粒子(20 wt%),玻璃粉末(3 wt%)及商業漿料溶劑(27 wt%);N10G3:奈米粒子(10 wt%),玻璃粉末(3 wt%)及商業漿料溶劑(27 wt%);N10G6:奈米粒子(10 wt%),玻璃粉末(6 wt%)及商業漿料溶劑(24 wt%)),於熱處理溫度400˚C-550˚C下,持溫15分鐘,探討電阻率之變化[22] 10
圖2-2 Decanoate-protected Ag奈米粒子[25]:(a) TEM影像、繞射圖及粒徑分佈;批覆於Si基板之Ag奈米粒子沈積經300oC持溫1小時處理形成連續導線之(b)上視圖及(c)側視圖 11
圖2-3 Liu等人[26]以直接輸出(Direct writing)技術製備微導線(a)SEM下觀察銀漿料於燒結溫度250˚C,持溫15分鐘後之網狀結構的導電膜形貌(b) 12
圖2-4 Hu等人[27]以銀奈米漿料於不同溫度:(a)180 ˚C; (b)200 ˚C; (c)220 ˚C; (d)240 ˚C下恆溫熱處理20分鐘所製備導電膜之SEM顯微影像 13
圖2-5導電油墨於熱處理(a)前; (b)後之表面形貌(700 ˚C for 15分鐘)。[28] 14
圖2-6 Suganuma等人[29]利用製備不同粒徑:(a)微米銀粒子; (b)次微米銀粒子,混摻製備銀漿料 15
圖2-7 Suganuma等人[29]分別利用(a) 不同溶劑 (EG:Ethylene glycol,乙二醇;ET:Ethanol,乙醇)與微米銀粉研製金屬漿料; (b) 不同比例之次微米級銀粒子混摻研製金屬漿料; (c) 不同熱處理時間之條件下(hybrid paste:混摻50 %微米銀粒子及50 %次微米銀粒子研製金屬漿料),探討對電阻率之影響。((a) 依某一燒結溫度下,持溫30分鐘;(b) 200˚C for 30分鐘;(c) 200˚C) 16
圖2-8 Suganuma等人[29]分別利用微米級銀粒子及混摻不同粒徑之銀粒子研製金屬料(a)-(c):微米級銀漿料,(d)-(f):不同粒徑之銀粒子所研製之金屬漿料,於200˚C下,熱處理(a)(d):5分鐘,(b)(e):10分鐘,(c)(f):30分鐘後的截面組織形貌 17
圖2-9 Suganuma等人[29]以混摻不同粒徑之銀粒子研製金屬漿料於200˚C下,熱處理30分鐘後,獲得一兼具強度且富可撓性的導電膜 18
圖2-10奈米銀粒子(a)燒結前與(b)燒結後之電子顯微鏡影像。[30] 18
圖2-11燒結實驗流程參數[31] 19
圖2-12 Ag NP/NW Paste 在不同溫度下燒結之SEM影像。(a)未燒結之Ag NP/20 NW Paste (NW 20 vol%)與燒結溫度在; (b)60˚C;(c)100˚C;(d)150˚C;(e)200˚C,燒結時間為一小時。不同比例Ag NW體積添加(f) 0 vol%;(g) 10 vol%;(i) 30 vol%,燒結溫度150˚C一小時。(h)與(j)分別為(g)與(i)之低倍率之SEM影像[31]. 20
圖2- 13 不同彎曲程度對於導線電性變化的影響[43] 21
圖2- 14 奈米金粒子與金電極接點於170oC下承受106 A/cm2電流之電阻變化圖以及破壞介面組織[44] 22
圖2- 15 不同比例之銅銀奈米粒子之可靠性測試[45] 23
圖3-1實驗流程圖 31
圖3-2金屬粒子製備流程圖 32
圖3-3氧化銅粒子兩相還原法示意圖 33
圖3-4噴霧熱解法合成銀粉示意圖 33
圖3-5導電膜設計圖 34
圖3-6脈衝高電壓/臨界燒斷電流測試電路圖……………………………...35
圖4-1 Cu@Ag粒子之熱重分析結果。 40
圖4-2 Cu@Ag粒子經FIB切削後之SEM圖及線掃描元素分佈圖 41
圖4-3 AgA400金屬粒子表面形貌 42
圖4-4 AgA400金屬粒子平均粒徑分佈 43
圖4-5 AgA400金屬導電膜燒結前後FTIR圖 44
圖4-6不同金屬漿料未經熱處理前之表面形貌 45
圖4-7不同金屬漿料於氮氫混合氣氛下熱處理後之表面形貌 46
圖4-8不同金屬漿料於甲酸氣氛下熱處理後之表面形貌 47
圖4-9不同金屬漿料於氮氫混合氣氛下熱處理後之剖面組織圖 48
圖4-10不同金屬漿料於甲酸氣氛下熱處理後之剖面組織圖……………..49
圖4-11各金屬漿料於275oC氮氫混合氣氛下熱處理後之電性量測結果..50
圖4-12各金屬漿料於275oC甲酸氣氛下熱處理後之電性量測結果 51
圖4-13不同金屬漿料在通入高脈衝電壓前之電阻率比較 52
圖4-14不同金屬漿料在通入高脈衝電壓110V後燒斷次數之比較 53
圖4-15不同金屬漿料臨界燒斷電流密度之比較…………………………..54
圖4-16不同金屬薄膜通入高脈衝電壓(110V)前後OM圖………………..55
圖4-17 AgA400在通入高脈衝電壓(110V)第215次後產生之燒熔狀態和其EDS分析…. 56
圖4-18商用漿料(Alpha metal)導電膜在通入高脈衝電壓(110V)第139次後產生之燒熔狀態和其EDS分析 57
圖4-19銅銀複合漿料導電膜(Cu@Ag / AgA400)在通入高脈衝電壓(110V)第79次後產生之燒熔狀態和其EDS分析 58
圖4-20銀包銅( Cu@Ag )導電膜在通入高脈衝電壓(110V)第四次後產生之燒熔狀態和其EDS分析 59
圖4-21圖4-22為銀包銅( Cu@Ag )導電膜燒斷後結球之FIB剖面元素分
析…………………………………………………………………….60


1.K. C. Chiou, and S. P. Huang, 奈米金屬導體材料技術 工業材料雜誌 (2011)293.
2.J. H. Brunke, Fellow, IEEE and K. J. Fröhlich, Senior Membe, IEEE, 16(2001)276.
3.R. Dingreville, J. Quand and M. Cherkaoui, J. Mech. Phys. Solids., 53 (2005)1827.
4.H. S. Zhou, I. Honma and H. Komiyama, Phys. Rev. B., 50(1994) 12052.
5.H. Basit, A. Pal, S. Sen and S. Bhattacharya, Chem. Eur. J., 14(2008) 6534
6.K. L. Kelly, E. Coronado, L. L. Zhao, and G. C. Schatz, J. Phys. Chem. B., 107(2003)668.
7.A. K. Gupta and M. Gupta, Biomaterials., 26 (2005) 3995.
8.Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones and J. Dobson, J. Phys. D., 36 (2003)167.
9.A. Panacek, L. Kvıtek, R. Prucek, M. Kolar, R. Vecerova,N. Pizurova, V. K. Sharma,T. Nevecna and R. Zboril, J. Phys. Chem. B, 110(2006) 16248.
10.S. B. Fuller, E. J. Wilhelm and J. M. Jacobson, J.Microelectromech., 11(2002)54
11.簡伊辰, 一階段製備奈米結構銀顆粒及其特性量測 , 國立台灣科技大學材料科學與工程研究所碩士論文 (2013).
12.M. R .Y. D. Soda, M. E. Trevi~no, H. Saade, R. G. Lopez, Journal of Nanomaterials, 2010
13.D. Manno, E. Filippo, M. Di Guilio, A. Serra, Journal of Non-Crystalline Solids , 354(2008)5515-5520.
14.V.I. Parvulescu, B. Cojocaru, V. Parvulescu, R. Richards, Z. Li, C. Cadigan, P. Granger, P. Miquel, C. Hardacre, Journal of Catalysis, 272 (2010)92-100.
15.B. Akkopru, C. Durucan, Journal of Sol-gel Science and Technology, 43(2007)227-236.
16.G.L. Messing, S.C. Zhang, G.V. Jayanthi, Journal of the American Ceramic Society, 76(1993)2707-2726.
17.S.J. Shih, Y.Y. Wu, C.Y. Chen, C.Y. Yu, J. Nanopart. Res., 14(2012)1-9.
18.Jianguo Liu, Xiangyou Li, Xiaoyan Zeng, Journal of Alloys and Compounds, 84(2010)494
19.PingAn Hu, William O’Neil, Qin Hu, Applied Surface Science, 257(2010)680.
20.Rita Faddoul, Nade`ge Reverdy-Bruas, Jose´phine Bourel, J Mater Sci: Mater Electron., 23(2012)1415.
21.K. Suganuma, S. Sakamoto, N. Kagami, D. Wakuda, K.-S. Kim, M. Nogi, Microelectronics Reliability, 52(2012)375.
22.Sunghyun Park, Dongseok Seo, Jongkook Lee, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 313–314(2008)197–201.
23.Jianfeng Yan, Guisheng Zou, Ai-ping Wu, Jialie Ren, Jiuchun Yan, Anming Huc and Y. Zhoua, Scripta Materialia, 66(2012)582.
24.Sawyer B. Fuller, Eric J. Wilhelm, and Joseph M. Jacobson, Journal of Microelectromechanical Systems, 11(2002)54.
25.Dong, T. Y.; Chen, WT; Wang, CW; Chen, CP; Chen, CN; Lin, MC; Song, JM; Chen, IG; Kao, TH, Physical Chemistry Chemical Physics, 11(2009)6269.
26.Jianguo Liu, Xiangyou Li, Xiaoyan Zeng, Journal of Alloys and Compounds, 84(2010)494
27.PingAn Hu, William O’Neil, Qin Hu, Applied Surface Science, 257(2010)680.
28.Rita Faddoul, Nade`ge Reverdy-Bruas, Jose´phine Bourel, J Mater Sci: Mater Electron, 23(2012)1415.
29.K. Suganuma, S. Sakamoto, N. Kagami, D. Wakuda, K.-S. Kim, M. Nogi, Microelectronics Reliability, 52(2012)375.
30.J. G. Bai, J. N. Calata, G. Q. Lu, IEEE Trans. Compon. Pack. Manuf. Technol, 29(2006)589.
31.S. Hascoët, C. Buttay, D. Planson, R. Chiriac, A. Masson Mater. Sci. Forum, 740(2012)851.
32.X. Li, F. Gao and Z. Gu, Open Surf. Sci. J., 3(2011)91.
33.A. R. Madaria, A. Kumar, F. N. Ishikawa and C. Zhou, Nano Res., 3(2010)564.
34.P. X. Gao, C. S. Lao, W. L. Hughes and Z. L. Wang, Chem. Phys. Lett., 408(2005)174.
35.Z. X. Zhang, X. Y. Chen and F. Xiao, J. Adhes. Sci. Tech- nol., 25(2011) 1465.
36.G. G. Yadav, G. Zhang, B. Qiu, J. A. Susoreny, X. Ruan and Y. Wu, Nanoscale, 3(2011)4078.
37.Y. Zhang and H. Dai, Appl. Phys. Lett., 77(2000)3015.
38.D. Chen and L. Gao, J. Cryst. Growth, 264(2004)216.
39.Y. Lu, J. Y. Huang, C. Wang, S. Sun and J. Lou, Nat. Nano- technol., 5(2010)218.
40.T. Tokuno, M. Nogi, M. Karakawa, J. Jiu, T. T. Nge, Y. Aso and K. Suganum, Nano Res., 4(2011)1215.
41.P. Peng, A. Hu, B. Zhao, A. P. Gerlich, N. Y. Zhou, J. Mater. Sci, 47(2012)6801.
42.K. Suganuma, D. Wakuda, M. Hatamura and K. S. Kim, IEEE HDP, 07 (2007)
43.J. T. H. Tsai, Member, IEEE, and H. H. Lin, J. Disp. Technol, 5(2009) 232.
44.T. Bakhishev and V. Subramanian, J. Electron. Mater, 38(2009)2720.
45.Y. S. Li, Y.C. Lu, K. S. Chou and F. J. Liu, Mater. Res. Bull, 45 (2010)1837.
46.J. H. Brunke, Fellow, IEEE and K. J. Fröhlich, Senior Membe, IEEE, 16(2001)276.
47.J. E. Lee, K. S. Kim, K. Suganuma, M. Inoue and G. Izuta, Mater. Trans., 48(2007)584.
48.T. Takahashi, S. Komatsu, H. Nishikawa and T. Takemoto, J. Electro. Mater., 39(2010)1241.
49.K. Suganuma and S. Kim, IEEE Electron. Device Lett., 31(2010)1467.
50.ITRS Winter Conference, 2007
51.Tan, C. S.; Gutmann, R. J.; Reif, L. R.; Wafer-Level 3D ICs Process Technology, 2008
52.Tang, Y. S.; Chang, Y. J.; Chen, K. N. Microelectron. Reliab. in press.
53.W. Ruythooren, A. Beltran and R. Rabie, EPTC, (2007)315.





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