功率器件芯片粘貼用Cu@Sn核殼結(jié)構(gòu)高溫釬料研究.pdf

1、近年來隨著電子工業(yè)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品性能逐步提高并向小型化、集成化發(fā)展。功率器件性能不斷提高，體積不斷減小，這意味著芯片內(nèi)部更高的電流密度，更高的熱量散發(fā)。目前能在高溫下工作的第三代SiC半導體已經(jīng)投入生產(chǎn)，但由于缺少相應的高溫釬料，隨之而來的高溫封裝可靠性問題日漸突出。
　　由于無鉛化禁令的頒布，目前大部分的含鉛釬料均被其他成分所替代。目前適用于高溫功率器件的芯片粘貼方式主要有納米銀燒結(jié)法、瞬態(tài)液相連接法、高溫合金釬料焊接

2、等，但各有其缺點。納米銀燒結(jié)法具有良好的導電導熱性能，但納米銀存在電遷移問題，同時制備成本高，無法進行大規(guī)模批量生產(chǎn)。瞬態(tài)液相連接工藝成本低，但容易發(fā)生反應不完全的現(xiàn)象，產(chǎn)生可靠性問題。而適用于高溫（大于250℃）的釬料合金目前還很少，比較有代表性的是Au-Sn（Tm=280℃）和Au-Ge（Tm=356℃）等Au基合金，造價昂貴，硬度較大且回流溫度也偏高，難以得到廣泛應用。因此本課題旨在探索一種在較低溫度下（232℃）即可形成連接，但

3、卻能夠在高溫下（高于250℃）服役，同時回流時間能夠控制在合理范圍內(nèi)，價格又非常低廉的新型釬料。
　　課題首先提出使用一種具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬粉作為釬料。該種釬料具有外層為Sn內(nèi)層為Cu的核殼結(jié)構(gòu)，當在250℃下回流時外層Sn熔化形成連接并與內(nèi)層Cu核反應生成金屬間化合物，最終形成具有金屬間化合物中分散有Cu顆粒的焊縫結(jié)構(gòu)，該焊縫具有很高的熔點，因此能夠在高溫下服役。
　　本文使用化學法制備該核殼結(jié)構(gòu)金屬粉。本課題嘗試以1μm

4、、5μm、30μm粒徑的Cu粉作為原料，并使用SnCl2·2H2O濃度分別為4.2g/L，8.4g/L，12.6g/L，16.8g/L的溶液進行反應，以得到不同包Sn量（1倍、2倍、3倍、4倍包Sn量）的金屬粉。在化學反應過程中，Cu與溶液中的配位劑發(fā)生反應，使 Cu2+/Cu電對的電極電位降低，置換出比Cu活潑的Sn2+。
　　課題將上述方法中制備的金屬粉按照兩種方法進行焊接：與釬劑混合成釬料膏回流以及壓制成預制片回流。將金屬粉