功率器件芯片贴装用Ag@In核壳结构高温钎料研究
发布时间：2021-11-06 04:36
功率器件广泛应用于几乎所有的电子制造业,涵盖了传统的4C产业和新近的智能电网、新能源等诸多领域。功率器件需要处理大电流、高电压,而且芯片发热问题严重。加之小型化、高集成度和高功率密度一直是电子器件发展不变的趋势。更高的性能、更小的体积和更高的功率密度使得功率器件的热管理问题雪上加霜。面对这一问题,传统的Si基芯片已越来越力不从心。当前,有更好的高温工作性能的第三代半导体SiC等已具备实际应用能力,但缺乏相应的耐高温的芯片贴装材料。为了解决这一问题,同时避免高的连接温度对器件造成损伤,本课题旨在开发出一种具备“低温连接、高温服役”性能的新型功率器件芯片贴装材料。金属In熔点156.6℃,Ag熔点961.8℃,两者能反应生成多种高熔点相。本课题提出制备Ag@In核壳结构金属粉。连接时,只需较低的温度外层的In即可熔化,并与内层Ag核发生固-液互扩散,反应生成金属间化合物（IMC）,Ag-In金属间化合物熔点可以达到660℃以上,因而能够实现高温服役的目的。本课题通过化学镀方法实现了Ag@In核壳结构金属粉末的制备,在碱性镀液中,EDTA-2Na和TEA作为复合络合剂与In3+
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zn基合金的光学显微照片
图 1-2 添加稀土元素对 BiAg 钎料焊点微观组织的影响[21]a）Bi2.5AgRE；b）Bi5.0AgRE；c）Bi7.5AgRE；d）Bi10.0AgRE各类合金钎料除了以上各自具体的某些缺点外，还有一个共性的且可以认为是严重限制其在功率器件芯片贴装上应用的缺点——热应力大[8]。合金钎料使用时需要加热到熔点以上，靠钎料的熔化形成连接。而连接形成后，其熔点与钎料相比并没有什么大的变化。再者，焊点的稳定服役温度极限通常要比熔点低一些；加上回流时最优的加热温度为熔点以上二十到四十度。两相加减，这就意味着，要想通过合金钎料形成耐高温连接，就必须加热到很高的温度，由此会给芯片和基板带来很大的热应力，而合金钎料普遍与基板材料存在所谓“热失配”问题，这会进一步放大热应力造成的伤害，给后续器件的稳定服役带来很大的隐患[23]。1.2.2 固-液互扩散连接方法研究现状SLID 连接方法的基本原理是[24]：连接过程中，低熔点相（通常是某种
Au-In 以及 Cu-In 等三种体系的 SLID 方法。现在的研究主要的探索方向，集中在尝试不同的 SLID 体系和运用不同的结两方面[26-30]。将 Ag-In 体系用于倒装芯片焊工艺，实现了 Si 芯片上 Ag 柱与层的连接。他们通过电镀的方法制作出了薄 Ag/In/Ag 多层结 Si基板一侧制作出了 Si/Cr/Au/Ag柱结构，Ag柱高度50 μm，构详情如图 1-3 所示。在 In 表面电镀一层薄 Ag 用来防止 In度为 180°С，时间为 5 min，期间施加了 0.4-0.7 MPa 的压力。n 一结束，其便迅速与底层的 Ag 反应生成了 AgIn2金属间化后通过 EDX 表征发现焊点成分为熔点 660°С 的 Ag2In，同时续使用或者热处理过程中，Ag2In 相将逐渐相 Ag 的固溶体转能出现不可思议的“越用越好”的现象。另一个亮点是，连接助焊剂，这使得得到的焊点没有出现可见的孔洞。不足之处中为了防止 In 的氧化，需要用到真空环境。同时，其焊点的用越好”的现象都仅仅只是理论推测，没有得到实验的验证。
本文编号：3479175
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zn基合金的光学显微照片
图 1-2 添加稀土元素对 BiAg 钎料焊点微观组织的影响[21]a）Bi2.5AgRE；b）Bi5.0AgRE；c）Bi7.5AgRE；d）Bi10.0AgRE各类合金钎料除了以上各自具体的某些缺点外，还有一个共性的且可以认为是严重限制其在功率器件芯片贴装上应用的缺点——热应力大[8]。合金钎料使用时需要加热到熔点以上，靠钎料的熔化形成连接。而连接形成后，其熔点与钎料相比并没有什么大的变化。再者，焊点的稳定服役温度极限通常要比熔点低一些；加上回流时最优的加热温度为熔点以上二十到四十度。两相加减，这就意味着，要想通过合金钎料形成耐高温连接，就必须加热到很高的温度，由此会给芯片和基板带来很大的热应力，而合金钎料普遍与基板材料存在所谓“热失配”问题，这会进一步放大热应力造成的伤害，给后续器件的稳定服役带来很大的隐患[23]。1.2.2 固-液互扩散连接方法研究现状SLID 连接方法的基本原理是[24]：连接过程中，低熔点相（通常是某种
Au-In 以及 Cu-In 等三种体系的 SLID 方法。现在的研究主要的探索方向，集中在尝试不同的 SLID 体系和运用不同的结两方面[26-30]。将 Ag-In 体系用于倒装芯片焊工艺，实现了 Si 芯片上 Ag 柱与层的连接。他们通过电镀的方法制作出了薄 Ag/In/Ag 多层结 Si基板一侧制作出了 Si/Cr/Au/Ag柱结构，Ag柱高度50 μm，构详情如图 1-3 所示。在 In 表面电镀一层薄 Ag 用来防止 In度为 180°С，时间为 5 min，期间施加了 0.4-0.7 MPa 的压力。n 一结束，其便迅速与底层的 Ag 反应生成了 AgIn2金属间化后通过 EDX 表征发现焊点成分为熔点 660°С 的 Ag2In，同时续使用或者热处理过程中，Ag2In 相将逐渐相 Ag 的固溶体转能出现不可思议的“越用越好”的现象。另一个亮点是，连接助焊剂，这使得得到的焊点没有出现可见的孔洞。不足之处中为了防止 In 的氧化，需要用到真空环境。同时，其焊点的用越好”的现象都仅仅只是理论推测，没有得到实验的验证。
本文编号：3479175
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