燒結微米銀納米壓痕蠕變行為試驗及理論研究

納米/微米銀膏作為一種潛在的無鉛焊料，近年來被探索應用于芯片的封裝中。基板鍍層、燒結溫度、銀漿中金屬顆粒粒徑、溶劑種類等均會影響封裝結構的電學、熱學和力學性能。相同燒結溫度下，銀漿中銀顆粒的粒徑對燒結制備的封裝結構可靠性至關重要。

西北工業大學、西安建筑科技大學姚堯教授團隊在相同條件下分別制備了粒徑為7.35 μm、5.81 μm 和2.90 μm 的3 種微米銀，對相同燒結條件下不同粒徑微米銀的宏觀和微觀力學性能開展研究。使用鉸接式拉伸和剪切試件測試了微米銀的剪切和拉伸強度，發現在300 ℃下燒結50 min 形成的節點拉伸強度和剪切強度隨著納米銀粒徑的增加逐漸降低。通過掃描電鏡得到的微觀結構證實銀顆粒粒徑越小燒結效果越好，顆粒形貌見圖1～3。

在微觀層面，利用納米壓痕技術研究了3 種不同粒徑微米銀燒結試件的蠕變性能，結果見圖4～6。將納米壓痕加載至10 mN 后保載40 s，研究3 種加載速率下的蠕變位移。相同保載時間內，隨著加載速率的增加，產生的蠕變位移增大，可以看出加載速率對蠕變位移的總量影響明顯。隨著保載時間的增加，3 種微米銀的蠕變速率呈指數級降低。在保載階段初期，加載速率越小蠕變的應變率越大，在此階段加載速率對蠕變應變率的影響較大。隨著保載時間的進一步增加，蠕變應變率趨于穩定并且加載速率帶來的影響逐漸消失，結果見圖6。

針對目前缺乏微觀蠕變預測模型的問題，本工作基于玻爾茲曼概率熵理論和連續損傷力學，結合Kachanov 損傷蠕變模型，提出了一種基于熵的蠕變預測模型，見公式（1）。……