隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體功率器件具有禁帶寬、擊穿電壓高、功率密度大等優(yōu)良特性,受到人們的廣泛青睞。然而,現(xiàn)有Sn基釬料無(wú)法滿足第三代半導(dǎo)體功率器件在高溫環(huán)境下服役的要求。近年來(lái),形成全化合物接頭是研究的熱點(diǎn),研究化合物的形成規(guī)律,揭示化合物的形成機(jī)理,這對(duì)所需鍍層厚度的設(shè)計(jì)及可靠性研究具有重要的理論和工程意義。本文對(duì)耐高溫封裝連接材料Cu-Sn金屬間化合物的顯微組織及其力學(xué)性能進(jìn)行研究,獲得了Cu/Sn固-液界面反應(yīng)規(guī)律,主控元素（Sn/Cu）對(duì)Cu/Sn固固界面化合物層轉(zhuǎn)變的影響,不同溫度下Cu-Sn化合物的微觀力學(xué)性能,并在此基礎(chǔ)上提出了熱壓焊下高效、快速制備全Cu3Sn化合物接頭的新方法。研究240-270℃回流焊Cu/Sn固-液界面化合物在不同時(shí)間下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。獲得了260℃下5-190s內(nèi)Cu/Sn固-液界面Cu6Sn5層生長(zhǎng)指數(shù)、界面Cu6Sn5晶粒粗化指數(shù)以及240-270℃內(nèi)初始Cu3Sn形成時(shí)間與溫度相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。研究180℃下主控元素對(duì)Sn/Cu6Sn5/Cu3Sn/Cu界面Cu3Sn層厚度的影響。當(dāng)主控元素為Cu時(shí),Cu3... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：149 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體功率器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖 1-2 納米 Ag 焊膏燒結(jié)過(guò)程示意圖Fig. 1-2 The schematic of nano-Ag sintering processAlarifi 等人[28]在 160 ℃下通過(guò)固態(tài)燒結(jié)納米 Ag 焊膏實(shí)現(xiàn)了 Cu 線與 Cu箔之間的連接。通過(guò)添加檸檬酸鈉二水合物降低了 AgNO3含量，制備出了0.0001 Vol%的混合溶液。在 160 ℃下檸檬酸鹽分解后促進(jìn)了納米 Ag 顆粒與 Cu 線之間的結(jié)合。在 160 ℃和 250 ℃下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，可分別導(dǎo)致 50μm 和 250 μm 的 Cu 線的斷裂。通過(guò)顯微組織觀察可發(fā)現(xiàn)納米 Ag 顆粒與 Cu形成了冶金結(jié)合。因而，經(jīng)由燒結(jié)納米 Ag 顆�？蓪�(shí)現(xiàn)低溫鍵合高溫服役。圖 1-3 為室溫和 200 ℃下燒結(jié)不同時(shí)間后的納米 Ag 顆粒 SEM 圖。Chua 等人[29]研究了 300 ℃下無(wú)壓 Ag 燒結(jié)接頭的界面演變規(guī)律及其孔隙率。研究表明：處于 DBC 基底一側(cè)的無(wú)壓 Ag 燒結(jié)接頭在時(shí)效 1000 h 后的剪切強(qiáng)度仍然高于 5 MPa，而處于 Cu 基板一側(cè)的無(wú)壓 Ag 燒結(jié)接頭在時(shí)效 50 h 后就降至 5 MPa 以下。在 Cu 基板界面顯微組織中出現(xiàn)了 CuO 聚集的現(xiàn)象，當(dāng)該 CuO 層厚度達(dá)到某一厚度后，會(huì)降低接頭的剪切強(qiáng)度。由于基板、納米 Ag 與 CuO 層之間的熱膨脹系數(shù)相近，因此，在 DBC 側(cè)的納米

(d) 5 min (e) 10 min (f) 30 min圖 1-3 為室溫(a)和 200 ℃下燒結(jié)不同時(shí)間后的納米 Ag 顆粒 SEM 圖Fig. 1-3 SEM images of silver NPs (a) at RT and sintered at 200 ℃(a) 0 h (b) 24 h (c) 50 h

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu/Sn/Cu超聲-TLP接頭的顯微組織與力學(xué)性能[J]. 劉積厚,趙洪運(yùn),李卓霖,宋曉國(guó),董紅杰,趙一璇,馮吉才.  金屬學(xué)報(bào). 2017(02)
[2]室溫超聲鍵合中Cu/Sn固液界面間的超聲聲化學(xué)效應(yīng)（英文）[J]. 李卓霖,李明雨,肖勇.  集成技術(shù). 2014(06)
[3]液態(tài)Sn-Cu釬料的黏滯性與潤(rùn)濕行為研究[J]. 趙寧,黃明亮,馬海濤,潘學(xué)民,劉曉英.  物理學(xué)報(bào). 2013(08)
[4]納米金屬顆粒膏合成及其低溫?zé)Y(jié)連接的電子封裝應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 鄒貴生,閆劍鋒,劉磊,吳愛(ài)萍,張冬月,母鳳文,林路禪,張穎川,趙振宇,周運(yùn)鴻.  機(jī)械制造文摘(焊接分冊(cè)). 2013(01)
[5]基于納米壓痕法分析無(wú)鉛焊點(diǎn)內(nèi)Cu6Sn5金屬化合物的力學(xué)性能[J]. 楊雪霞,肖革勝,袁國(guó)政,李志剛,樹(shù)學(xué)峰.  稀有金屬材料與工程. 2013(02)
[6]SnAgCu/SnAgCuCe焊點(diǎn)的顯微組織與性能[J]. 張亮,韓繼光,郭永環(huán),賴忠民,張亮.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(08)
[7]Evolution of Intermetallic Compounds between Sn-0.3Ag-0.7Cu Low-silver Lead-free Solder and Cu Substrate during Thermal Aging[J]. Niwat Mookam,Kannachai Kanlayasiri.  Journal of Materials Science & Technology. 2012(01)
[8]納米壓痕法測(cè)量Sn-Ag-Cu無(wú)鉛釬料BGA焊點(diǎn)的力學(xué)性能參數(shù)[J]. 王鳳江,錢乙余,馬鑫.  金屬學(xué)報(bào). 2005(07)

碩士論文
[1]Cu/Sn多層薄膜制備單IMC結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)研究[D]. 江琛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



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