[发明专利]一种基于图像识别技术与统计理论的纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征方法

说明书

一种基于图像识别技术与统计理论的纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征方法，属于功率半导体器件封装领域，步骤如下：1.建立基于烧结区域的孔隙表征二维笛卡尔坐标系；2.建立孔隙图像处理方法与孔隙识别流程；3.计算烧结体的孔隙率；4.建立并提取描述孔隙尺寸与空间分布的表征参数l、r和α，并对参数l进行归一化处理；5.统计提取得到的孔隙参数l、r和α的分布规律，并引入统计分布函数F表征上述各参数的分布趋势，完成纳米银烧结体随机分布孔隙的表征。

所属技术领域

本发明涉及一种对纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征方法，属于功率半导体器件封装领域。

背景技术

随着半导体产业发展，第三代半导体器件对集成化、高密度、大功率要求越来越高，半导体器件的散热问题也日渐突出。为满足第三代半导体器件的散热需求及可靠性要求，纳米银烧结体由于具有良好的导热和导电性能被选作为半导体器件焊点材料。然而出于烧结过程特有的动力学机制，纳米银烧结体内部不可避免的存在孔隙分布的情况，尤其是烧结工艺尚未完善时，烧结体通常是多孔结构，力学性能远低于预期的理论值。烧结过程需同时考虑烧结压力、烧结温度、升温速率、保温时间等诸多工艺，当烧结压力减小、烧结温度降低、升温速度减缓、保温时间减短时，烧结体孔隙率增大，烧结体密度降低，剪切强度降低，断裂形式从韧性断裂转为脆性断裂。

现有研究表明，除了孔隙率之外，孔隙的尺寸及空间分布也是影响烧结体力学性能的关键因素。例如在相同孔隙率的情况下施加相同剪切载荷时，孔隙尺寸越小即孔隙空间分布越广，烧结体的应力越大。此外局部区域出现大的孔隙也会显著地降低烧结体的力学性能，局部大孔隙越靠近加载面或越靠近边界位置时，烧结体的应力越大。因此，为了更好地理解烧结银接头的力学行为及烧结工艺对烧结体孔隙分布的影响，有必要开发一种表征方法来描述这些纳米银烧结体中孔隙的随机分布。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像识别技术与统计理论的纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征方法用于描述纳米银烧结体内的随机分布孔隙。该方法提供了用于表征孔隙的参数以及参数提取的流程和算法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，具体步骤包括：

第一步：建立基于烧结区域的孔隙表征二维笛卡尔坐标系，采用矩形表示烧结区域，区域的长宽分别为a和b，并选取区域形心作为笛卡尔坐标系的原点；

第二步：建立孔隙图像处理方法与孔隙识别流程，对纳米银烧结体电子显微镜照片进行处理，并识别纳米银烧结体内部随机分布的孔隙；

第三步：分别提取孔隙及烧结银的面积，计算纳米银烧结体的孔隙率；

第四步：建立纳米银烧结体随机分布孔隙的参数表征体系，包括孔隙尺寸分布与空间分布情况的表征参数(即孔隙半径参数r、孔隙距离参数l、孔隙角度参数α)等。提取上述参数，并对孔隙距离参数l进行归一化处理；

第五步：统计第四步中提取得到的各表征参数数值分布的情况，进一步引入统计分布函数F表征上述各参数的分布趋势。所采用的分布函数包括，但不局限于，均匀分布、指数分布、正态分布、泊松分布、威布尔分布等，完成纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征。

本发明通过以上步骤，给出了应用于纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布的表征方法。

本发明的主要优点是：利用本方法可以实现对纳米银烧结体内部孔隙尺寸及空间分布特征进行量化描述，为进一步开展纳米银烧结体孔隙的形成机制及影响因素研究提供了基础。此外，采用有限元仿真技术，可以基于本发明获得的参数表征结果建立具有随机孔隙网络结构的纳米银烧结体模型，进而研究烧结体的材料力学性能与孔隙分布的关系。

附图说明

图1为本发明提出的纳米银烧结体孔隙分布表征方法的整体架构

图2为烧结区域坐标系示意图