納米技術(shù)在微電子連接中的應(yīng)用

本文示舉兩例，介紹納米技術(shù)在微電子連接方面的應(yīng)用。納米技術(shù)(nanotechnology)是一門在0.1～100nm空間尺度內(nèi)操縱原子和分子，對(duì)材料進(jìn)行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品，或?qū)δ澄镔|(zhì)進(jìn)行研究，掌握其原子和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的嶄新高技術(shù)。

納米印刷技術(shù)

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，微細(xì)加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)器件的集成化和高性能化不可欠缺的技術(shù)。但是，在進(jìn)行微米尺度以下的加工時(shí)，必須在清洗環(huán)境下排除振動(dòng)，保持一定的加工環(huán)境溫度，抑制由熱膨脹引發(fā)的尺寸變化，因而會(huì)增加相當(dāng)大的成本。

近年來(lái)，以美國(guó)為主，不少國(guó)家開始使用微米連接印刷、毛細(xì)管微型模板、浸筆印板術(shù)等可以簡(jiǎn)單地形成納米結(jié)構(gòu)的新型制造技術(shù)，這種新的加工技術(shù)被稱為柔性印板術(shù)。其與微細(xì)加工技術(shù)的開發(fā)點(diǎn)不同，其最大特征是簡(jiǎn)便且低成本。柔性印板術(shù)中的納米印刷技術(shù)，其原理簡(jiǎn)單，而且已有成型設(shè)備在市場(chǎng)上銷售。

1 納米印刷技術(shù)

納米印刷技術(shù)的基本原理如圖1所示，就是把有納米級(jí)凹凸圖形的模板擠壓在涂覆了樹脂薄膜的基板上，再在樹脂薄膜的表面復(fù)制凹凸圖形。在普通的納米印刷技術(shù)中，能等倍復(fù)制模板，而在高寬比納米印刷技術(shù)中，則能形成高出納米模板凹部的結(jié)構(gòu)體。

圖1 納米印刷原理

在納米印刷工程中，首先用旋轉(zhuǎn)法等把樹脂薄膜涂覆在玻璃和硅制的基板上，再將樹脂薄膜加熱，使其復(fù)合在基板上。然后，在變軟的樹脂上擠壓納米模板，最后再把納米模板從樹脂薄膜上脫離開去。通過(guò)以上過(guò)程，納米模板表面的圖形就被復(fù)制在樹脂薄膜的表面。

2 高寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)的形成

在納米印刷技術(shù)中，將金屬凸模擠壓樹脂薄膜上，便會(huì)形成凹部。但要形成平面比較大的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，必須有深度雕刻的納米模板，因?yàn)槟０鍙臉渲∧っ撾x時(shí)，必然會(huì)拉伸樹脂，所以能形成高出納米模板凹部的柱狀結(jié)構(gòu)體，這種方法就稱為高寬比納米印刷技術(shù)。

在高寬比納米印刷技術(shù)中，可以簡(jiǎn)單地形成直徑為25nm、高3μm(平面比為12)的納米級(jí)柱狀結(jié)構(gòu)集合體(見圖2)。該結(jié)構(gòu)在以往的精密塑料成型中是很難形成的，但使用了高寬比納米印刷技術(shù)，用一次壓延就能成型。

圖2 用納米印刷技術(shù)形成的納米柱結(jié)構(gòu)

3 前景

納米印刷技術(shù)被認(rèn)為是最接近實(shí)用化的制造技術(shù)，日本已有納米印刷裝置在市場(chǎng)上出售。但為了形成良好的結(jié)構(gòu)體，必須要發(fā)展以納米模板和樹脂材料為先導(dǎo)的相關(guān)技術(shù)。目前，這一研究正在全世界范圍內(nèi)展開。這一技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)將是電子領(lǐng)域，但也開始涉及邊緣能源等領(lǐng)域。

納米連接技術(shù)

納米粒子所具有的基本特性(如耐久性強(qiáng)、熔點(diǎn)和燒結(jié)溫度低)是眾所周知的，但其很多應(yīng)用都沒(méi)有得到拓展。國(guó)外有人提出了利用納米粒子的表面能量與低溫?zé)Y(jié)功能，把它作為連接材料的新型方案。用該連接法進(jìn)行低溫連接后，經(jīng)燒結(jié)后的納米粒子會(huì)使連接處具有高熔點(diǎn)，這一優(yōu)點(diǎn)非常適合高溫連接較困難的無(wú)鉛焊接。這里主要介紹應(yīng)用有機(jī)物—銀復(fù)合納米粒子的連接工藝特點(diǎn)及其在電子焊接上的適用性。

1 有機(jī)物—銀復(fù)合納米粒子的特性

由于納米粒子表面呈活性，為防止其自身凝聚必須要做表面控制。我們所用的納米粒子是平均直徑為10nm左右的銀納米粒子，其表面用有機(jī)物保護(hù)層進(jìn)行了涂覆。圖3為有機(jī)物—銀復(fù)合納米粒子的掃描電鏡圖像，圖4為其結(jié)構(gòu)模式圖。

圖3 銀納米粒子TEM圖像

圖4 銀納米粉粒子模式圖