隨著微電子器件向小型化、多功能化發(fā)展,器件集成度逐漸提升。這導(dǎo)致通過電子器件的電流密度增大,從而引起功率密度及發(fā)熱量的升高。對于寬帶隙半導(dǎo)體材料,其電子器件能夠在200℃以上穩(wěn)定工作,部分材料工作溫度甚至能達(dá)到600℃。目前市場急需開發(fā)一種能夠適用于這種高溫功率器件的新型連接材料。本課題采用了脫合金法腐蝕制備泡沫銅片,通過改變腐蝕溫度來確定制備泡沫銅片的最佳工藝參數(shù)。然后利用泡沫銅片作為中間層,經(jīng)過熱壓焊接制備銅-泡沫銅-銅的互連焊點(diǎn),并對焊點(diǎn)界面進(jìn)行表征,分析泡沫銅與銅基板的連接機(jī)理及泡沫銅內(nèi)部粗化機(jī)理。為考察泡沫銅的焊接質(zhì)量,本文對泡沫銅焊縫進(jìn)行電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和相關(guān)力學(xué)性能測試,對焊縫剪切后的斷口進(jìn)行表征,深入分析了焊點(diǎn)斷裂位置及斷裂模式。最后研究焊點(diǎn)在150℃下老化后焊點(diǎn)界面的形貌變化以及致密度的變化,并對老化后焊點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行考察,結(jié)合各種表征手段,分析焊點(diǎn)在老化環(huán)境中組織變化原因。本課題經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn),采用Cu40Al60合金體作為前驅(qū)合金時,在80℃下的1.6 M HCl溶液中腐蝕能夠得到孔徑孔壁均勻的泡沫銅組織。泡沫銅在260℃溫度以及10 MPa的加壓下維持5 min即可實(shí)現(xiàn)泡沫銅與銅基板的連接。泡沫銅在銅基板表面發(fā)生燒結(jié)反應(yīng),形成連接,而內(nèi)部的泡沫銅壁擠壓后形成了致密結(jié)構(gòu)。通過對材料的性能進(jìn)行表征,我們發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度達(dá)到了22.10 MPa;電阻率則為9.65μΩ·cm,與純銅在相同數(shù)量級上;在熱導(dǎo)率方面,我們分別在30℃、150℃、300℃時進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)其值分別為144.30W·m-1K-1、139.63 W·m-1K-1、104.37 W·m-1K-1。這種致密化的泡沫結(jié)構(gòu)在老化服役過程中較為穩(wěn)定,通過維氏硬度的表征發(fā)現(xiàn)在老化過程中組織的粗化反應(yīng)仍在持續(xù)發(fā)生,焊點(diǎn)老化后剪切強(qiáng)度也較老化前有較大的提升。綜上所述,本文發(fā)現(xiàn)了一種新型的高溫互連材料,通過對其特殊性能的研究后,形成了能在低溫下鍵合并能夠高溫下服役的Cu-Cu焊點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)這種高溫焊點(diǎn)的電學(xué)性能、熱學(xué)性能和力學(xué)性能都較為優(yōu)異,在高溫服役中能維持穩(wěn)定的焊縫結(jié)構(gòu)及性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN405
【部分圖文】：

關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)的高溫焊接材料為高 Pb 釬料，比較常見的有 4]和 95.5Pb-2Sn-2.5Ag[5]。然而，當(dāng)電子產(chǎn)品報廢以后，PCB 板焊料溶于含氧的水中污染水源。Pb 的可溶解性使它易在人體內(nèi)累積，損對人體具有不可逆的傷害，因此大多數(shù)國家的電子設(shè)備法規(guī)禁止了鉛使用[6,7]。目前廣泛應(yīng)用的 Sn 基焊料和導(dǎo)電膠能夠在低于 573 K（300成連接，對于在高溫環(huán)境中服役的寬帶隙半導(dǎo)體功率電子器件，傳統(tǒng)難以滿足需求，推出適用于這類器件的高溫釬料迫在眉睫[8]。這種新接材料需要滿足以下三個要求：（1）連接溫度與目前回流焊接工藝相接近，焊接時間盡量避免過長低焊接過程中對熱敏感器件的熱量損傷；（2）連接材料可承受相對較高的服役溫度，一方面充分發(fā)揮 SiC、G半導(dǎo)體的優(yōu)勢，另一方面保證在苛刻的服役環(huán)境中焊縫不會發(fā)生二次響可靠性的現(xiàn)象；（3）連接材料具有較好的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率及機(jī)械強(qiáng)度，充分滿足電場需求。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文間延長有顯著增大。在低溫?zé)Y(jié)條件下，壓力的提高同樣能夠提性能。然而在實(shí)際焊接過程中需要保證所有待連接器件不受損傷質(zhì)量而一味提高焊接溫度和壓力這種方法并不可取。heng 等人[32]通過將有機(jī)成分（分散劑，粘合劑和稀釋劑）加入到來制備納米銀漿，并研究了在-40 ℃到 125 ℃下的熱沖擊環(huán)境接頭的力學(xué)性能，如圖 1-5 所示。在 1000 次循環(huán)后，力學(xué)強(qiáng)度MPa 以上，并且在 Ag/Cu 界面并無裂縫產(chǎn)生。種納米顆粒燒結(jié)的方法，可以實(shí)現(xiàn)在較低的溫度下發(fā)生燒結(jié)連接的合金塊體具有較高的熔點(diǎn)，可耐受較為苛刻的服役環(huán)境。但納后形成金屬銀塊體，為解決 Ag 在高溫下的電遷移問題，目前也納米 Ag-Cu 混合納米顆粒的研究[33]，但制備納米顆粒成本較高，，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文人[37]研發(fā)一種環(huán)氧樹脂基納米銀線填料的 ICAs，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于納間的隧道效應(yīng)使納米線之間的接觸電阻較低，當(dāng)導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ，其體積電阻率低于 1 μm 及 100 nm 的 Ag 粒子導(dǎo)電膠的體積電阻率。電填料的增加量可以有效提升導(dǎo)電膠的電導(dǎo)率，然而過高的填料加載量導(dǎo)電膠的抗機(jī)械沖擊能力。此外，有研究發(fā)現(xiàn)[38]，導(dǎo)電膠由于吸濕能力金屬化層的粘結(jié)界面常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在焊區(qū)的金屬化過程中，處理工的雜質(zhì)元素污染液會加速潮熱環(huán)境下金屬的氧化腐蝕。導(dǎo)電膠內(nèi)部含有，若服役溫度超過聚合物玻璃化溫度時，聚合物形變增大，會引起裂縫。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2867505