一、技术原理

纳米银烧结技术是一种利用纳米银颗粒的尺寸效应，在低温下通过施加温度、压力和时间三个驱动力，使银颗粒形成致密的烧结体。这种烧结体具有良好的导电性、导热性和机械强度，能够在高温下保持稳定工作。与传统的焊料合金相比，纳米银烧结技术具有以下优点：

1. 低温烧结高温使用：纳米银烧结可以在较低的温度下进行，但烧结后的连接层可以在高温下保持稳定工作。

2. 高导热性和导电性：纳米银烧结层的热导率和电导率远高于传统焊料，能够显著降低芯片与基板之间的热阻和电阻。

3. 良好的机械强度：纳米银烧结层具有较高的机械强度，能够承受大电流、高电压带来的大功率应用需求。

4. 优异的可靠性：纳米银烧结连接层能够在温度和应力循环过程中保持固相连接层的强度，具有较长的使用寿命。

 二、应用领域

 （一）电子领域

1. 导电电极：纳米烧结银因其良好的导电性，被广泛应用于制备各种导电电极，如集成电路中的导线、触摸屏中的导电层等。

2. 透明导电膜：在触摸屏、太阳能电池等领域，纳米烧结银可用于制备透明导电膜，既保证了良好的导电性，又保持了高透明度。

3. 电子线路：在微电子封装和互连技术中，纳米烧结银可用于制作精细的电子线路，提高电子产品的集成度和性能。

 （二）光电子领域

1. 纳米光学器件：纳米烧结银的优异光电性能使其成为制备纳米光学器件的理想材料，如光栅、滤波器、反射镜等。

2. 光学传感器：在光学传感领域，纳米烧结银可用于制备高灵敏度的光学传感器，用于检测光强度、波长等参数。

 （三）生物医学领域

纳米烧结银因其优异的导电性和生物相容性，在生物医学领域也有广泛的应用，如生物传感器、医疗植入物等。

 三、研究进展

 （一）银颗粒尺寸与形状对互连质量的影响

1. 银颗粒尺寸：纳米尺寸的银颗粒烧结能够实现更低温度条件下的大面积键合。将纳米银颗粒和微米银或亚微米银颗粒混合的复合焊膏具有明显的工艺优势和优异的性能。

2. 银颗粒形状：球形银相比片状银具有更好的烧结质量和可靠性。球形银烧结接头连接牢固，组织致密，经过多次热冲击后仍能保持较高的剪切强度。

 （二）复合颗粒对互连质量的影响

在纳米银焊膏内添加其他颗粒可以改善烧结接头的导热和导电性能。例如，使用Ag包覆SiC颗粒部分替代纳米银颗粒，可以显著提高热导率。此外，添加In可以显著降低接头孔隙率，提高烧结接头和基板之间的润湿性。

 （三）烧结气氛对连接质量的影响

烧结气氛中一定含量的氧可以激活焊膏中有机物的降解，促进银颗粒之间的连接和缩颈，从而有利于剪切强度的提高。但烧结气氛中的氧含量过高时，Cu基板表面易生成氧化物。甲酸气氛可以用于减少铜表面的氧化物，从而提高烧结接头的剪切强度。

 （四）金属化层对互连质量的影响

Ag金属化接头具有最好的高温可靠性。Ag镀层在烧结过程中更容易与银焊膏结合，能够获得较大的剪切强度，并在热时效过程中发生多次再烧结，烧结界面连接率变化不大。

 四、未来展望

纳米银烧结技术作为一种先进的封装技术，具有广阔的应用前景。未来的研究方向包括：

1. 改善接头性能：通过更换基板焊料层组配降低热应力，掺杂其他颗粒改善烧结接头孔隙率大、润湿性差和高温可靠性差等问题。

2. 优化工艺参数：研发短时间低温无压烧结工艺，以适应工业应用的需求。

3. 提高抗电迁移性能：针对接头抗电迁移性能的研究较少，需要进一步探索。

4. 改善金属化层表面银烧结质量：部分金属化层表面银烧结存在连接强度较低和高温可靠性较差的问题，需要进一步改善。

通过不断优化工艺和性能测试，纳米银烧结技术将为SiC功率器件在高压、高频、高温等恶劣环境下的应用提供有力支持。