混合电子系统中微纳尺度印刷金属互连的表征与设计框架

《Advanced Materials Technologies》：Characterization and Design Framework for Micro- and Nanoscale Printed Metal Interconnects in Hybrid Electronic Systems

微纳组件高分辨率印刷与性能优化研究。采用银金胶体墨水通过微流控印刷技术制备亚微米至微米级互联线，系统研究印刷参数、多层沉积工艺和热烧结条件（干空气/气体环境）对纳米颗粒形貌及导电性能的影响规律。实验表明，氧含量高的还原性环境促进颗粒融合，线宽缩小至0.5μm以下，金互联电阻率降至8.2×10??Ω·cm。集成微纳晶体管电路后，互联结构几何特征与界面质量显著影响整体串联电阻，通过失效模式分析提出可靠性改进策略。研究建立印刷参数-工艺条件-电学性能的定量关联模型，为微电子封装与混合互连技术提供理论支撑。

　　

摘要

高分辨率打印为封装微米和纳米级别的模块化电气元件提供了有前景的途径，使得混合型高性能电路成为可能。元件接口的微型化对打印互连的分辨率、导电性和结构稳定性提出了严格的要求。本研究系统地探讨了亚微米到微米尺度（300纳米）金属纳米颗粒互连的制备和表征，重点关注打印参数、多层沉积以及热烧结条件之间的相互作用。银（Ag）和金（Au）胶体墨水被打印出可控的截面几何形状，并在干燥空气、形成气体和氮气环境中进行烧结。几何形状、烧结环境与互连电阻率之间的相关性表明，富氧和还原环境有利于纳米颗粒的聚集，而电阻率和长期稳定性则强烈依赖于截面面积。经过优化的工艺可制备出宽度达到指定值、电阻率为指定值的Au互连。将其与微模块晶体管电路集成后，发现互连几何形状和器件接口质量显著影响串联电阻；对失效模式的分析提出了提高可靠性的策略。这些结果为设计电气性能优异、高分辨率的打印互连提供了理论基础，为下一代微电子封装和混合互连技术的发展奠定了基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

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