一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，该方法包含：第一步：使用化学气相沉积法，在生长基板上制备竖直碳纳米纤维阵列；第二步：将第一步所得的竖直纳米纤维阵列放入离子溅射设备内，使用离子溅射法在碳纳米纤维阵列的每根纤维表面上先后镀上Ti金属镀层和Au金属镀层；第三步：将第二步所得的带有金属镀层的竖直碳纳米纤维阵列的顶端置于镀金焊盘表面，所述的镀金焊盘表面镀层为Au镀层，施加压强和温度使形成Au‑Au键合；第四步：降低温度至生长基板和焊盘的温度降至室温，将生长基板移除，竖直碳纳米纤维阵列转移至焊盘表面。本发明专利技术的方法能够形成Au‑Au键合，增强键合的稳定性，具有更好的工艺兼容性。

Method for transferring vertical carbon nano fiber array

The invention discloses a method for vertical transfer of carbon nano fiber array, the method includes: the first step: using chemical vapor deposition method for preparing carbon nano fiber array in the vertical growth of the substrate; the second step: the vertical nano fiber array first step into the ion sputtering device, ion sputtering method in the carbon nanofiber array on the surface of each fiber has a layer of Ti metal coating and Au metal coating; the third step: the top of the pad surface plated with a metal coating layer vertical carbon nano fiber array the second step, gold plated pad coating on the surface of the Au coating, applied pressure and temperature. The formation of Au Au bond; the fourth step: to reduce the temperature of the growth substrate and pad temperature to room temperature, the growth substrate removal, vertical carbon nano fiber array is transferred to the pad surface. The method of the invention can form Au Au bonding, enhance the stability of the bonding process has better compatibility.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种转移纤维阵列的方法，具体涉及一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法。
技术介绍
随着电子产品小型化及多功能化的发展趋势，电子产品的封装密度和功率密度逐渐增加，传统的电子互连材料在机械强度和散热性能方面已无法满足发展要求，需要开发新型互连材料。随着纳米技术与科学的发展，纳米材料成为了热门研究对象。碳纳米纤维是一种一维纳米材料，其比表面积大、尺寸小、机械性能优异、高温和化学稳定性高、可承载大电流密度，具有成为新一代互连材料的潜力。目前研究较为广泛的竖直碳纳米纤维阵列一般是通过化学气相沉积法制备的。基本的工艺流程是在硅等载体上蒸镀Fe、Ni等催化剂层。然后通过加热使催化剂层分散成纳米级的催化粒子。当在高温下通入乙炔、甲烷等含碳气体时，碳原子可在催化粒子上沉积形成碳纳米纤维。高质量碳纳米纤维的生长温度通常在700℃左右，大多数电子封装材料无法承受此温度。因此，竖直碳纳米纤维阵列需要单独制备而后在电子材料可承受的温度范围内应用到封装结构当中。竖直碳纳米纤维阵列的转移技术是其在封装中得以应用的关键环节。目前主要的转移方法是在目标位置镀金属In。通过熔化的In与纳米纤维表面金属化镀层反应形成的金属键合实现转移。然而，In金属强度低、易氧化，会对互连结构（互连结构是指焊盘/互连材料/焊盘这种一般的电子封装互连结构）的强度和可靠性造成不利影响。而且，In金属不是电子封装中焊盘表面常用镀层材料，In金属的加入会造成工艺不稳定及成本的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，该方法解决了现有技术中采用In金属进行电子封装造成的工艺不稳定及成本增加等问题，能够提高互连结构的强度和可靠性，同时具有更好的工艺兼容性。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，该方法包含：第一步：使用化学气相沉积法，在生长基板上制备竖直碳纳米纤维阵列；第二步：将第一步所得的竖直纳米纤维阵列放入离子溅射设备内，使用离子溅射法在碳纳米纤维阵列的每根纤维表面上先后镀上Ti金属镀层和Au金属镀层；第三步：将第二步所得的带有金属镀层的竖直碳纳米纤维阵列的顶端置于镀金焊盘表面，所述的镀金焊盘表面镀层为Au镀层，施加压强和温度使竖直碳纳米纤维阵列与镀金焊盘表面镀层之间形成Au-Au键合；第四步：降低温度至生长基板和焊盘的温度降至室温，将生长基板移除，竖直碳纳米纤维阵列转移至焊盘表面。所述的化学气相沉积法的具体步骤如下：步骤1：将硅芯片作为所述的生长基板，在硅芯片上制作Ni催化剂层，该硅芯片被放入化学气相沉积生长设备内；步骤2：将硅芯片被加热到450~640℃，使催化剂层变为分散的催化粒子，同时通入NH3气体还原金属催化粒子表面的氧化物；步骤3：将温度迅速提升到700~800℃，并通入C2H2气体进行碳纳米纤维阵列的生长，生长结束后，使硅芯片冷却到室温，得到所述的竖直碳纳米纤维阵列。步骤2中所述的NH3气体通入的流量为100~300sccm。步骤3中所述的C2H2气体通入的流量为30~60sccm。所述的碳纳米纤维阵列中每根纤维的直径为25~100nm，长度为5~15μm，纤维之间的间距为200~500nm。第二步中所述的Ti金属镀层的厚度为10~20nm。第二步中所述的Au金属镀层的厚度为80~120nm。第三步中所述的压强为5~20MPa，温度为200~300℃。第三步中所述的施加压强和温度的时间为3~10min。第三步中所述的镀金焊盘表面的Au镀层的厚度为50~300nm。本专利技术提供的转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，解决了现有技术中采用In金属进行电子封装造成的工艺不稳定及成本增加等问题，具有以下优点：（1）本专利技术的转移竖直碳纳米纤维阵列的方法采用Au做转移材料，由于Au是主要的传统的焊盘表面镀层材料，因此可避免其他非Au材料加入，对传统的材料成分、焊盘镀层结构以及对随后的焊接粘接工艺等不会有大影响；（2）本专利技术的转移竖直碳纳米纤维阵列的方法在碳纳米纤维和焊盘之间形成Au-Au键合，能够增强键合的稳定性，Au金属也不易氧化，比用其他材料如铟金属，高分子胶黏剂材料转移纳米纤维效果好，对互连电性能和热性能影响小。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术用于提供一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，该方法的具体如下：第一步：使用化学气相沉积法，在生长基板上制备竖直碳纳米纤维阵列；化学气相沉积法的具体步骤如下：步骤1：将硅芯片作为生长基板，在硅芯片上制作Ni催化剂层，该硅芯片被放入化学气相沉积生长设备内；步骤2：将硅芯片被加热到450~640℃（优选625℃），持续5~10min（优选5min），使催化剂层变为分散的催化粒子，同时通入100~300sccm（优选200sccm）NH3气体还原金属催化粒子表面的氧化物；步骤3：将温度迅速提升到700~800℃（优选700℃），并通入30~60sccm（优选40sccm）C2H2气体进行碳纳米纤维阵列的生长，生长结束后，使硅芯片靠通入的氮气冷却到室温，得到的竖直碳纳米纤维阵列中每根纤维的直径为25~100nm（优选42nm），长度为5~15μm（优选8μm），纤维间的间距为200~500nm（优选200nm）。第二步：使用离子溅射法在碳纳米纤维阵列的每根纤维表面上先后镀上Ti金属镀层和Au金属镀层，将第一步所得的竖直纳米纤维放入离子溅射设备，Ti离子溅射时间为10~30s（优选20s），Au离子溅射时间为80~100s（优选90s），可得厚度分别为10~20nm（优选20nm）和80~120nm（优选100nm）的Ti金属镀层和Au金属镀层；第三步：将第二步所得的带有金属镀层的竖直碳纳米纤维阵列的顶端置于镀金焊盘表面，该镀金焊盘表面镀层为Au镀层，镀层厚度为50~300nm，施加的压强为5~20MPa（优选10MPa），温度为200~300℃（优选300℃），时间为3~10min（优选5min），使竖直碳纳米纤维阵列与镀金焊盘表面镀层之间形成Au-Au键合；第四步：降低温度至生长基板和焊盘的温度降至室温，将生长基板移除，竖直碳纳米纤维阵列可转移至焊盘表面。本专利技术的转移竖直碳纳米纤维阵列的方法在碳纳米纤维阵列上镀上Au，该金属Au做转移材料，Au是主要的传统的焊盘表面镀层材料，避免其他非Au材料加入，对传统的材料成分、焊盘镀层结构以及对随后的焊接粘接工艺等不会有大影响，而且Au稳定性较好，比用其他材料如铟金属，高分子胶黏剂材料转移纳米纤维效果好，对互连电性能和热性能影响小，具有更好的工艺兼容性。综上所述，本专利技术用于提供一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，该方法以Au做转移材料，在碳纳米纤维和焊盘之间形成Au-Au键合的方法，能够增强键合的稳定性，而且不会对互连结构产生影响，具有更好的工艺兼容性。尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，其特征在于，该方法包含：第一步：使用化学气相沉积法，在生长基板上制备竖直碳纳米纤维阵列；第二步：将第一步所得的竖直纳米纤维阵列放入离子溅射设备内，使用离子溅射法在碳纳米纤维阵列的每根纤维表面上先后镀上Ti金属镀层和Au金属镀层；第三步：将第二步所得的带有金属镀层的竖直碳纳米纤维阵列的顶端置于镀金焊盘表面，所述的镀金焊盘表面镀层为Au镀层，施加压强和温度使竖直碳纳米纤维阵列与镀金焊盘表面镀层之间形成Au‑Au键合；第四步：降低温度至生长基板和焊盘的温度降至室温，将生长基板移除，竖直碳纳米纤维阵列转移至焊盘表面。

【技术特征摘要】
1.一种转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，其特征在于，该方法包含：第一步：使用化学气相沉积法，在生长基板上制备竖直碳纳米纤维阵列；第二步：将第一步所得的竖直纳米纤维阵列放入离子溅射设备内，使用离子溅射法在碳纳米纤维阵列的每根纤维表面上先后镀上Ti金属镀层和Au金属镀层；第三步：将第二步所得的带有金属镀层的竖直碳纳米纤维阵列的顶端置于镀金焊盘表面，所述的镀金焊盘表面镀层为Au镀层，施加压强和温度使竖直碳纳米纤维阵列与镀金焊盘表面镀层之间形成Au-Au键合；第四步：降低温度至生长基板和焊盘的温度降至室温，将生长基板移除，竖直碳纳米纤维阵列转移至焊盘表面。2.根据权利要求1所述的转移竖直碳纳米纤维阵列的方法，其特征在于，所述的化学气相沉积法的具体步骤如下：步骤1：将硅芯片作为所述的生长基板，在硅芯片上制作Ni催化剂层，该硅芯片被放入化学气相沉积生长设备内；步骤2：将硅芯片被加热到450~640℃，使催化剂层变为分散的催化粒子，同时通入NH3气体还原金属催化粒子表面的氧化物；步骤3：将温度迅速提升到700~800℃，并通入C2H2气体进行碳纳米纤维阵列的生长，生长结束后，使硅芯片冷却到室温，得到所述的竖直碳纳米纤维阵列。3.根据权利要求2所述的转移竖直碳纳米纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思，王帅，李冰，巫婕妤，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31