[发明专利]一种烧结纳米银剪切试件及其夹具装置

说明书

本发明涉及一种烧结纳米银剪切试件及其夹具装置，移动夹头夹具外轮廓所采用的材料均为不锈钢材料，装置变形小，可减小由于装置变形造成的误差。纳米银试件原材料为紫铜，可在外侧进行镀金，增加节点的可靠性。本装置中的可调节夹具的两个夹头为可移动夹头，夹头之间的间距可调，适用于更多试件。夹具与试件的连接方式为铰接，可避免由于固定夹持导致的试件破坏，进一步节省试验成本。此外，采用铰接形式的连接可以减小由固定夹持方式导致的额外应力干扰实验结果，从而增加试验结果的准确性。

技术领域

本发明涉及一种烧结纳米银剪切试件及其夹具装置，研究烧结纳米银材料受剪切性能对于电子封装中结构可靠性分析具有重要意义。

背景技术

随着电子封装材料的无铅化发展以及广泛使用的无铅焊料在高温、高电流工作环境下的应用限制，烧结纳米银以其优异的低温烧结、高温服役性能有望成为下一代电子封装材料。烧结纳米银作为芯片互连材料，工作环境为热-电-力耦合场作用，在外界温度场或通电导致的焦耳热作用下，由于芯片和封装材料的热膨胀系数不匹配导致烧结纳米银层受剪力作用，是封装结构受力破坏的重要原因之一。因此，研究烧结纳米银材料受剪切性能对于电子封装中结构可靠性分析具有重要意义。

封装结构体积逐渐减小，封装密度持续增大，通过焊点的电流密度大幅升高，导致封装焊接构件处温度较高，由于含铅焊料对环境以及人体会造成不可逆的损害，广泛使用的无铅焊料在高温、高电流工作环境下存在焦耳热熔和层间断裂等现象。同时，由于高能宽禁带半导体电子元器件有逐步取代传统的硅基器件的趋势。其中SiC半导体由于能在无冷却系统甚至超250℃条件下服役而成为最具代表性的宽禁带半导体材料。如此高的服役温度对封装中的连接材料是极大的考验。然而，烧结纳米银焊点具有良好的机械性能、可焊性、导电及导热性能，可满足大功率半导体器件的高温、高密度封装要求。且大量的研究和实际工况表明，烧结纳米银封装器件可以运行在高电流密度、极端温度和高频振动等环境中，可以更好地满足航空航天飞行器用微电子器件的要求，故此烧结纳米银作为一种新型绿色焊料有望取代传统焊料成为新一代电子封装材料。

由于纳米银材料价格昂贵，在使用时通常在基体和芯片之间涂一薄层纳米银浆，由于纳米银粒径小，颗粒融化的温度相对低，通过低温烧结使芯片和基板实现连接。纯银的熔点为961℃，纳米银浆烧结形成纳米银节点后能应用于高温环境。在烧结过程中，纳米银节点中添加剂燃烧或蒸发，在烧结纳米银节点内部形成大量的微观孔洞，烧结纳米银作为芯片互连材料，工作环境通常为热-电-力耦合多场作用，在外界温度场或通电导致的焦耳热作用下，由于芯片和封装材料的热膨胀系数不匹配导致烧结纳米银层受剪力作用，孔洞萌生、生长、聚合最后导致节点破坏，是封装结构破坏的重要原因之一。

然而，目前国内外学者对烧结纳米银进行剪切破坏试验时主要使用搭接件，在搭接件两端通过夹具固定，通过上述可知，在烧结纳米银节点中，纳米银以薄层形式存在，节点脆性相对较高，在进行夹持的过程中容易发生破坏，同时由于夹具变形容易给试件形成额外预加力，增加试验数据误差。本发明主要目的是开发新型铰接夹具，降低由夹具夹持造成的试件的损坏，节省试验成本，消除夹具在夹持试件过程中施加的预加力，排除其他因素干扰，增加试验数据的准确性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术的不足，本发明涉及一种烧结纳米银剪切试件及其夹具装置。

本发明的技术方案是：一种烧结纳米银剪切试件，包括两个结构相同的T形板状结构件；其中T形板状结构件的小径端相对放置，且相对放置接触的部分通过涂抹纳米银进行连接，形成基板—纳米银层—基板结构。

本发明的进一步技术方案是：所述T形板状结构件采用金属材料制成，且表面均镀金。