納米技術(shù)在微電子方面的應用

本文示舉兩例，介紹納米技術(shù)在微電子連接方面的應用。納米技術(shù)(nanotechnology)是一門(mén)在0.1～100nm空間尺度內操縱原子和分子，對材料進(jìn)行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品，或對某物質(zhì)進(jìn)行研究，掌握其原子和分子的運動(dòng)規律和特性的嶄新高技術(shù)。

納米印刷技術(shù)

在半導體產(chǎn)業(yè)中，微細加工技術(shù)是實(shí)現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 )增加相當大的成本。

近年來(lái)，以美國為主，不少?lài)议_(kāi)始使用微米連接印刷、毛細管微型模板、浸筆印板術(shù)等可以簡(jiǎn)單地形成納米結構的新型制造技術(shù)，這種新的加工技術(shù)被稱(chēng)為柔性印板術(shù)。其與微細加工技術(shù)的開(kāi)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，而且已有成型設備在市場(chǎng)上銷(xiāo)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，就是把有納米級凹凸圖形的模板擠壓在涂覆了樹(shù)脂薄膜的基板上，再在樹(shù)脂薄膜的表面復制凹凸圖形。在普通的納米印刷技術(shù)中，能等倍復制模板，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構體。

圖1 納米印刷原理

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

2 高寬比微細結構的形成

在納米印刷技術(shù)中，將金屬凸模擠壓樹(shù)脂薄膜上，便會(huì )形成凹部。但要形成平面比較大的細長(cháng)結構，必須有深度雕刻的納米模板，因為模板從樹(shù)脂薄膜脫離時(shí)，必然會(huì )拉伸樹(shù)脂，所以能形成高出納米模板凹部的柱狀結構體，這種方法就稱(chēng)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)的納米級柱狀結構集合體(見(jiàn)圖2)。該結構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)形成的納米柱結構

3 前景

納米印刷技術(shù)被認為是最接近實(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構體，必須要發(fā)展以納米模板和樹(shù)脂材料為先導的相關(guān)技術(shù)。目前，這一研究正在全世界范圍內展開(kāi)。這一技術(shù)的應用重點(diǎn)將是電子領(lǐng)域，但也開(kāi)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、熔點(diǎn)和燒結溫度低)是眾所周知的，但其很多應用都沒(méi)有得到拓展。國外有人提出了利用納米粒子的表面能量與低溫燒結功能，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。這里主要介紹應用有機物—銀復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 有機物—銀復合納米粒子的特性

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，其表面用有機物保護層進(jìn)行了涂覆。圖3為有機物—銀復合納米粒子的掃描電鏡圖像，圖4為其結構模式圖。

圖3 銀納米粒子TEM圖像

圖4 銀納米粉粒子模式圖