功率器件的纳米银烧结工艺技术研究

发布时间：2020-06-18 11:57

【摘要】：纳米银低温烧结,是一种具有广阔发展前景的互连技术。纳米银作为一种绿色无污染材料,烧结温度低,熔点高,有着良好的导电、导热等诸多优良性能,受到功率电子封装领域业内人士的广泛关注,是功率电子封装领域的理想连接材料。到目前为止,人们对纳米银进行了大量研究,通过各种各样的试验验证了纳米银应用于功率电子元器件连接的可行性,但并未在航天领域进行工程应用。因此,研究低温烧结纳米银工艺在航天电子产品中的应用有着重大的科研价值以及国防建设价值。本文为实现某型号卫星中功率器件的纳米银连接,对纳米银烧结工艺参数进行了摸索,并通过试验和理论分析对其可靠性做出了较为全面的研究。归纳总结了影响纳米银烧结质量的五个因素,分别为焊膏的涂覆厚度、涂覆面积、峰值温度、加热速率和保温时间。对影响烧结质量的各因素进行了单因素分析,以纳米银烧结试样连接层的剪切强度为试验评价指标,得到了试样烧结质量较高时各影响因素的参数值范围。在得到的各因素的参数值范围内合理取值进行了影响烧结质量的多因素分析。为简化试验次数,采用正交法设计试验方案,摸索出适用于该纳米银烧结的工艺参数。进行温度循环和恒定加速度试验,并制备了环境试验前、后的金相试样。金相试验显示,试样横截断面处的裂纹等缺陷非常少,剪切强度测试发现环境试验后试样的剪切强度均达到10MPa以上,X-RAY检测空洞百分比远低于30%,远远达到了课题总空洞率小于总焊接面积的30%,单个空洞小于5%的指标要求,说明本试验方案可行。
【学位授予单位】：北华航天工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V46
【图文】：

金相图,基板结构

原材料方面价格低是有机印刷电路板的主要特点，围广。刷电路板相比较，陶瓷基板有着更加优异的性能，如更低的热膨胀、耐热性能更加优良、更高的尺寸稳定性、布线更加容易的精细于混合集成电路和大规模集成电路的封装。到目前为止，Al2O3产中使用最多的。Sun 和 Burgess 首次提出了 DBC 技术[16-17]。其生产工艺是将氧化气的氮气氛围中进行加热直至温度达到 1066℃，随后将铜箔贴于箔的厚度为 0.15~0.65μm 之间，通过氧—铜二元和金相图可以知数量的含氧和铜的共晶液相[18-19]，进一步与氧化铝陶瓷发生化学）和 Cu（AlO2）2等氧化物，从而将铜箔和氧化铝陶瓷板牢牢的工程实际，本课题使用的基板为 DBC 基板，为了实现对基板的的陶瓷基板两侧都有焊盘。其基板的基本结构如下图 2.1 所示（）。厚度 Al2O3层为 1mm，Cu 层为 300μm，镀镍层为 2~7μm，μm。

a）正面 b）反面图 2.2 DBC 基板率芯片的选择率芯片工作在恶劣的环境下会缩短使用时间，当环境温度超过 150℃时到很低[20-22]。但有时大功率芯片需要工作在很高的温度下，这就对其可的要求。为此，不断涌现出大功率、耐高温、耐高压的电子半导体器件镓、碳化硅等宽禁带半导体器件。经研究表明，这种大功率半导体器热阻和通态比热阻、耐高温且抗辐照、低的开关损耗以及高阻断电压等在 250℃的工作环境仍然有着优良的工作能力和转换性能。本文主要的对烧结后空洞率、剪切强度以及其可靠性来研究功率器件的纳米银焊膏提到的功率器件主要指大功率宽禁带半导体器件，为了降低试验成本选取了最常用的镀银裸芯片来代替。所选取的芯片尺寸分别为 9.4×7.7m2、4.5×2.8mm2等。具体实物如下图 2.3 所示。

【参考文献】