功率器件芯片/DBC基板自蔓延焊料互连热应力及疲劳寿命研究

发布时间：2020-12-17 11:19

　　功率半导体器件作为电力电子技术核心器件,已经被广泛运用于电力系统、轨道交通、工业制造装备、家用电器、军事防御等诸多领域。《中国制造2025》提出要大力推动电力装备领域的突破发展,重点关注大功率电力电子器件等元器件的开发,而大功率器件的发展离不开封装互连技术的支持。自蔓延互连具有反应速度快、热量高度集中、热影响区小等优点,能避免封装模块多次回流导致的互连材料熔点组配和互连界面IMC层较厚等问题,在功率器件封装上应用前景良好。本文采用自蔓延薄膜新型热源实现了大面积功率芯片与DBC基板的封装互连;首先计算了大面积芯片/DBC基板自蔓延互连过程中的温度场和应力场;在计算得到的残余应力的基础上进一步分析了温度循环下焊料层的疲劳失效,具体工作如下:采用移动热源模型和非傅里叶准则,建立了大面积芯片/DBC基板自蔓延互连三维温度场有限元模型,分析了互连过程中结构的温度分布变化,发现减小焊料层厚度和增加预热温度能够显著提升互连过程中焊料层的最高温度和熔化时间,提高互连接头的质量。建立了基于自蔓延薄膜热源与回流焊的大面积芯片/DBC基板焊料互连二维应力场计算模型,研究了互连过程中结构的应力与翘曲变化,并通... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Si芯片和Cu热沉自蔓延互连结构

中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 积 2 μm 厚原子比为 8:2 的 AuSn 焊料层，随后在此区域膜，在玻璃封装盖下表面对应位置同样沉积一层 AuSn 焊一定的压力，用电火花引燃 Al/Ni 薄膜，自蔓延薄膜释放后达成 MEMS 器件的互连。

互连结构和互连实物图如图1-3 和 1-4 所示。对互连结构进行强度测试，得到自蔓延互连结构有较高的机械强度。图 1-3 互连结构图（a）IGBT 600V （b）二极管 1200V （c） 电阻芯片图 1-4 芯片与 DBC 基板互连实物图

【参考文献】：
期刊论文
[1]残余应力对混合组装BGA热循环可靠性影响[J]. 田艳红,贺晓斌,杭春进.  机械工程学报. 2014(02)
[2]不锈钢焊接温度场的三维数值模拟[J]. 董志波,魏艳红,刘仁培,董祖珏.  焊接学报. 2004(02)
[3]激光焊接温度场数值模拟[J]. 薛忠明,顾兰,张彦华.  焊接学报. 2003(02)

博士论文
[1]基于Al/Ni薄膜自蔓延燃烧反应的钎料互连工艺和界面反应研究[D]. 祝温泊.华中科技大学 2016
[2]IGBT功率模块封装可靠性研究[D]. 徐玲.华中科技大学 2016
[3]微焊点SAC/Cu塑性与蠕变性能研究[D]. 杨淼森.哈尔滨理工大学 2015
[4]单频激光干涉系统性能优化及高精度测量技术研究[D]. 黄雷.长春理工大学 2013
[5]TiAl与TiC金属陶瓷自蔓延反应辅助扩散连接机理研究[D]. 曹健.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]IGBT器件热可靠性的研究[D]. 董少华.山东大学 2014
[2]单频激光干涉仪信号处理及其测量技术研究[D]. 尹子.长春理工大学 2013



本文编号：2921952