TLP连接过程中Cu/（Ni,Sn）/Cu,Ni/（Ni,Sn）/Cu,Ni/（Ni,Sn）/Ni及Si/（Ni,Sn）
发布时间：2022-01-14 21:30
近年来,由于对功率器件高温服役性能要求的提高,电子行业面临着巨大的挑战。宽禁带半导体如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）具有优异的物理、化学性能,能够在300℃甚至更高的温度下工作,在航空航天、核能等领域得到了广泛应用。然而,一个关键的问题是这些半导体功率器件中使用的粘接材料是否能承受如此高的工作温度。传统的粘接材料如无铅共晶焊料、纳米材料等,都因各自的缺陷而被限制了应用。瞬时液相（Transient liquid phase,TLP）扩散连接方法,由于能够在相对低的温度下形成具有高熔点金属间化合物（Intermetallic compound,IMC）的焊接接头,具有较大的优势。目前关于倒装芯片中普遍形成的Cu/钎料/Cu,Ni/钎料/Ni或Cu/钎料/Ni封装接头的显微结构和可靠性对比研究较少,本文利用TLP连接方法,研究了这三种结构接头的显微结构演化及可靠性之间的关系,并进一步探讨Cu原子含量对接头显微结构演化和可靠性的影响规律。最后分析了实际封装结构Si/（Ni,Sn）/Cu中Ni-Sn接头的显微结构演化并评估其在实际应用中的可靠性。主要内容如下:（1）研究了Cu/（Ni,Sn...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同条件及时间指数n时Ni3Sn4层的生长行为示意图
华南理工大学硕士学位论文第二章 实验材料和方法.1 样品的制备与连接.1.1 样品的制备在本文中，通过在两层纳米 Ni 焊膏(<100 nm，每层 10 μm)中插入一层纯 Sn 箔(99t%, 50 μm 厚)组成 Ni-Sn 烧结接头，如图 2-1(a)所示。图 2-1(b)为纳米 Ni 与 Sn 之间应形式和扩散方向示意图。纳米 Ni 高的表面-体积比可以改善固体 Ni 与熔融 Sn 的面积，减少扩散距离和时间。
50 μm 厚)组成 Ni-Sn 烧结接头，如图 2-1(a)所示。图 2-1(b)为纳米 Ni 与 Sn 之间应形式和扩散方向示意图。纳米 Ni 高的表面-体积比可以改善固体 Ni 与熔融 Sn 的面积，减少扩散距离和时间。图 2-1 (a)Ni-Sn 接头和(b)纳米 Ni 与 Sn 箔的反应模式及熔融 Sn 的扩散方向示意图Fig. 2-1 Schematics of (a) Ni-Sn joint and (b) the reaction mode of nano-Ni paste with Sn foil and tdiffusion direction of melting Sn纳米 Ni 的化学成分如表 2-1 所示。图 2-2 为烧结连接实验中采用的四种样品组合。其中 Cu 板表面沉积了 2 mm 厚 Ni 层，纯 Ni 片为 1 mm 厚，Cu 板和纯 Ni 片为烧结连接的基体金属。Ni 片在连接前用 400，800 的 SiC 砂纸研磨至光亮。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温烧结纳米铜焊膏的制备及其连接性能分析[J]. 杨婉春,王帅,祝温泊,魏军,李明雨. 焊接学报. 2018(06)
[2]热迁移下Ni/Sn-xCu/Ni微焊点钎焊界面金属间化合物的演变[J]. 赵宁,邓建峰,钟毅,殷录桥. 金属学报. 2017(07)
[3]Ag-Sn低温过渡液相连接中Ag3Sn晶粒的生长机理（英文）[J]. 邵华凯,吴爱萍,包育典,赵玥,邹贵生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(03)
[4]脉冲电流快速烧结纳米铜焊膏连接铜镍基板研究[J]. 黄圆,田艳红,江智,王晨曦. 机械工程学报. 2017(04)
[5]纳米银焊膏烧结大功率LED模块的高温可靠性研究[J]. 陈佳,李欣,孔亚飞,梅云辉,陆国权. 发光学报. 2016(09)
[6]碳化硅半导体SiC在功率器件领域的应用[J]. HAFOM. 集成电路应用. 2016(02)
[7]Sn-Ag-In微凸点高温时效可靠性研究[J]. 张建春,吴海建,王栋良,丁小军,王松原. 航空维修与工程. 2015(09)
[8]纳米银与纳米铜混合焊膏用于电子封装低温烧结连接[J]. 张颖川,闫剑锋,邹贵生,白海林,刘磊,闫久春,ZHOU Yunhong. 焊接学报. 2013(08)
[9]Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势[J]. 徐骏,胡强,林刚,张富文. 电子工艺技术. 2009(01)
博士论文
[1]复合纳米银颗粒低温烧结机理及其性能研究[D]. 肖勇.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]氮化镓功率器件的特性及其应用的研究[D]. 刘武扬.天津工业大学 2018
[2]纳米银焊膏粘接接头的可靠性研究[D]. 张泽升.天津大学 2013
[3]SnAgCu无铅焊料的力学性能及疲劳损伤研究[D]. 吴浩.东北大学 2011
[4]Sn-Cu基无铅焊料及其钎焊接头的剪切性能[D]. 高艳俊.大连理工大学 2010
本文编号：3589247
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同条件及时间指数n时Ni3Sn4层的生长行为示意图
华南理工大学硕士学位论文第二章 实验材料和方法.1 样品的制备与连接.1.1 样品的制备在本文中，通过在两层纳米 Ni 焊膏(<100 nm，每层 10 μm)中插入一层纯 Sn 箔(99t%, 50 μm 厚)组成 Ni-Sn 烧结接头，如图 2-1(a)所示。图 2-1(b)为纳米 Ni 与 Sn 之间应形式和扩散方向示意图。纳米 Ni 高的表面-体积比可以改善固体 Ni 与熔融 Sn 的面积，减少扩散距离和时间。
50 μm 厚)组成 Ni-Sn 烧结接头，如图 2-1(a)所示。图 2-1(b)为纳米 Ni 与 Sn 之间应形式和扩散方向示意图。纳米 Ni 高的表面-体积比可以改善固体 Ni 与熔融 Sn 的面积，减少扩散距离和时间。图 2-1 (a)Ni-Sn 接头和(b)纳米 Ni 与 Sn 箔的反应模式及熔融 Sn 的扩散方向示意图Fig. 2-1 Schematics of (a) Ni-Sn joint and (b) the reaction mode of nano-Ni paste with Sn foil and tdiffusion direction of melting Sn纳米 Ni 的化学成分如表 2-1 所示。图 2-2 为烧结连接实验中采用的四种样品组合。其中 Cu 板表面沉积了 2 mm 厚 Ni 层，纯 Ni 片为 1 mm 厚，Cu 板和纯 Ni 片为烧结连接的基体金属。Ni 片在连接前用 400，800 的 SiC 砂纸研磨至光亮。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温烧结纳米铜焊膏的制备及其连接性能分析[J]. 杨婉春,王帅,祝温泊,魏军,李明雨. 焊接学报. 2018(06)
[2]热迁移下Ni/Sn-xCu/Ni微焊点钎焊界面金属间化合物的演变[J]. 赵宁,邓建峰,钟毅,殷录桥. 金属学报. 2017(07)
[3]Ag-Sn低温过渡液相连接中Ag3Sn晶粒的生长机理（英文）[J]. 邵华凯,吴爱萍,包育典,赵玥,邹贵生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(03)
[4]脉冲电流快速烧结纳米铜焊膏连接铜镍基板研究[J]. 黄圆,田艳红,江智,王晨曦. 机械工程学报. 2017(04)
[5]纳米银焊膏烧结大功率LED模块的高温可靠性研究[J]. 陈佳,李欣,孔亚飞,梅云辉,陆国权. 发光学报. 2016(09)
[6]碳化硅半导体SiC在功率器件领域的应用[J]. HAFOM. 集成电路应用. 2016(02)
[7]Sn-Ag-In微凸点高温时效可靠性研究[J]. 张建春,吴海建,王栋良,丁小军,王松原. 航空维修与工程. 2015(09)
[8]纳米银与纳米铜混合焊膏用于电子封装低温烧结连接[J]. 张颖川,闫剑锋,邹贵生,白海林,刘磊,闫久春,ZHOU Yunhong. 焊接学报. 2013(08)
[9]Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势[J]. 徐骏,胡强,林刚,张富文. 电子工艺技术. 2009(01)
博士论文
[1]复合纳米银颗粒低温烧结机理及其性能研究[D]. 肖勇.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]氮化镓功率器件的特性及其应用的研究[D]. 刘武扬.天津工业大学 2018
[2]纳米银焊膏粘接接头的可靠性研究[D]. 张泽升.天津大学 2013
[3]SnAgCu无铅焊料的力学性能及疲劳损伤研究[D]. 吴浩.东北大学 2011
[4]Sn-Cu基无铅焊料及其钎焊接头的剪切性能[D]. 高艳俊.大连理工大学 2010
本文编号：3589247
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