揭秘“低温烧结，高温服役”的奥秘：烧结银的反应机理

“低温烧结，高温服役”的三大奥秘

奥秘一：纳米材料的“表面能”驱动

这是整个技术的物理基础。

高表面能：纳米尺度的银颗粒（通常小于100纳米）具有极大的比表面积。处于表面的原子能量很高，处于不稳定的“高能状态”，它们有一种强烈的趋势想要与其他原子结合，以降低整个系统的能量。这种趋势被称为表面能驱动。

降低活化能：这种高表面能，实质上降低了银原子开始扩散（烧结）所需的能量势垒（活化能）。这使得银颗粒在远低于块状银熔点的温度下，其表面的原子就已经能够变得可移动。

类比理解：想象一下，冰块在0℃融化，但小冰晶或薄霜在低于0℃时就会蒸发（升华），因为小颗粒的表面分子更活跃。纳米银颗粒在低温下的“活化”原理与此类似。

SECrosslink系列的实现：其配方中包含精确控制的纳米银颗粒（以及部分微米银颗粒以降低成本和提高堆积密度），这些纳米颗粒是低温烧结的“发动机”。

奥秘二：有机载体系统的“临时保护与精准分解”

这是实现可控工艺的化学关键。

烧结银膏不是纯银粉，而是由银颗粒和有机载体系统组成的膏体。这个载体系统是技术的精髓，它需要：

溶剂与分散剂：确保银颗粒均匀稳定地悬浮在膏体中，防止团聚，并提供适合印刷或点胶的流变特性。

粘合剂：提供初期的粘接力，使芯片在烧结前能临时固定。

最关键组分：分解型添加剂：这些有机物被设计成在一个特定且较窄的温度区间内（例如150-250℃）迅速、完全地分解挥发。它们的分解就像移走了隔在银颗粒之间的“临时支架”，为颗粒的紧密接触和烧结扫清障碍。

SECrosslink系列的实现：其有机载体是经过特殊设计的配方。它能：

在低温阶段（如~100℃）温和地去除大部分溶剂。

在目标烧结温度（如~250℃）下，使剩余的粘合剂和添加剂彻底、干净地分解，不留任何碳渣。任何残留都会严重影响烧结体的导热和导电性能。

奥秘三：“烧结颈”的形成与生长——微观魔术

这是烧结过程本身的动态演变。

在加热过程中，随着有机物的分解和移除，上述两个奥秘开始共同作用：

初始接触：在有机物分解后，高表面能的纳米银颗粒被迫紧密接触。

原子扩散：在热能驱动下，银颗粒表面的原子获得能量，开始从一个颗粒向相邻颗粒的表面扩散。最初的点接触开始扩大，形成坚固的“烧结颈”。

致密化：随着原子持续扩散，烧结颈不断长粗，颗粒之间的边界逐渐模糊，孔隙被填充，最终形成一个虽然多孔但在微观上连续贯通的三维银网络。

这个过程的关键在于：一旦这个银网络形成，它本质上就是由纯银的“烧结颈” 互联而成的。这些互联结构的熔点，无限接近块状银的961℃。因此，尽管形成过程是在低温下完成的，但形成的结构却能承受极高的温度。

总结：SECrosslink系列的工艺三步曲

我们可以将整个过程简化为三个阶段：

预处理/干燥（~100-150℃）：

主要去除低沸点溶剂。

膏体初步固化，固定芯片。

烧结/活化（~150-250℃）：

奥秘二上演：剩余有机物彻底分解挥发。

奥秘一与奥秘三共同上演：纳米银颗粒表面原子被激活，开始扩散，形成并生长“烧结颈”。

结果：一个多孔、纯净、连续的银网络结构在低温下形成。

高温服役（>250℃）：

此时，器件内部连接层已经是高熔点的纯银网络。

这个结构在高达400-500℃的环境下也能保持其物理和化学稳定性，从而实现“高温服役”。

结论

“低温烧结，高温服役”的奥秘，归根结底是通过利用纳米材料的表面能效应，在有机载体的辅助下，于低温下提前完成银原子间的扩散和键合，构建出一个本身具备高熔点的稳定结构。

SECrosslink系列产品的成功，在于其通过精密的纳米材料工程和化学配方，完美地掌控了这一系列复杂的物理化学过程，使其变得稳定、可靠且适用于工业化大规模生产，从而成为第三代半导体封装的理想选择。