電流燒結(jié)納米銀焊膏連接工藝研究及接頭可靠性.pdf

1、納米銀焊膏作為一種新型綠色無鉛化連接材料,具有良好的機(jī)械性能、導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能,可滿足大功率電力電子器件的高溫封裝要求,正引起電子行業(yè)學(xué)者和工程師們的廣泛關(guān)注。它有望取代傳統(tǒng)焊料,成為未來電子器件無鉛化封裝的關(guān)鍵連接材料之一。但是,目前對這種連接材料的研究仍處于初始階段,尤其針對大面積器件的連接研究主要集中在熱壓燒結(jié)工藝及其力學(xué)性能評價方面。因此,本文提出了一種新的快速燒結(jié)方法——電流燒結(jié),此方法可實(shí)現(xiàn)納米銀焊膏的快速燒結(jié),并對該方法制成

2、的5×5mm2微接頭試樣的疲勞可靠性進(jìn)行了研究。這對納米銀焊膏在電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義和啟發(fā)作用。電流快速燒結(jié)技術(shù)突破了傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)技術(shù)的部分限制,例如可大幅提高器件連接的效率,為今后開展電力電子器件連接工藝的研究提供了新思路。
　　通過脈沖交流電流加熱的方式實(shí)現(xiàn)了納米銀焊膏的快速燒結(jié)連接,且連接接頭具有良好的剪切強(qiáng)度。研究了不同連接基材、電流大小、通電時間、預(yù)熱時間、焊膏初始厚度、預(yù)熱溫度對燒結(jié)銀接頭的剪切強(qiáng)度的影響。實(shí)

3、驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流大小和通電時間對燒結(jié)銀接頭的剪切強(qiáng)度的影響非常明顯,隨著電流的增大和通電時間的延長,剪切強(qiáng)度獲得大幅度提高。但其它因素對燒結(jié)銀接頭剪切強(qiáng)度的影響并不明顯。
　　此外,若將電流燒結(jié)技術(shù)中施加的交流電改為直流電,可同樣實(shí)現(xiàn)納米銀焊膏的快速燒結(jié)連接,通過剪切實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),為獲得同等水平的銀接頭剪切強(qiáng)度,所需直流電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于交流電,說明直流電流快速燒結(jié)的能效遠(yuǎn)高于交流電流。因此,采用直流電流燒結(jié)納米銀焊膏應(yīng)是將來的研究重點(diǎn)。

4、r>　　本文還研究了納米銀焊膏電流燒結(jié)銀接頭的可靠性。通過應(yīng)力控制的方式,利用自主開發(fā)非接觸測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對接頭剪切變形的準(zhǔn)確測量,對納米銀焊膏電流燒結(jié)銀接頭和傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)銀接頭分別進(jìn)行了剪切循環(huán)疲勞試驗(yàn)。通過對兩者的剪切疲勞壽命進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),電流燒結(jié)銀接頭的可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)銀接頭。并利用Basquin公式,建立了兩種燒結(jié)方法獲得的燒結(jié)銀接頭的疲勞壽命模型。結(jié)果表明,模型預(yù)測值與試驗(yàn)值吻合良好。
　　最后,通過剪切疲勞實(shí)驗(yàn),