電流燒結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,具有良好的機械性能、導電及導熱性能,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)學者和工程師們的廣泛關注。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工藝及其力學性能評價方面。因此,本文提出了一種新的快速燒結方法——電流燒結,此方法可實現(xiàn)納米銀焊膏的快速燒結,并對該方法制成

2、的5×5mm2微接頭試樣的疲勞可靠性進行了研究。這對納米銀焊膏在電子封裝領域的應用具有指導意義和啟發(fā)作用。電流快速燒結技術突破了傳統(tǒng)熱壓燒結技術的部分限制,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現(xiàn)了納米銀焊膏的快速燒結連接,且連接接頭具有良好的剪切強度。研究了不同連接基材、電流大小、通電時間、預熱時間、焊膏初始厚度、預熱溫度對燒結銀接頭的剪切強度的影響。實

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

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