電流輔助燒結納米銀焊膏的快速互連工藝及機理研究.pdf

1、納米銀焊膏作為一種新型無鉛化封裝互連材料，具有優(yōu)良的高溫機械性能、導電性能以及導熱性能，可滿足大功率半導體器件的高溫、高密度封裝要求，已受到廣泛關注。以往針對該材料的工藝研究主要集中于熱壓燒結連接工藝及其接頭性能方面。但熱壓燒結連接工藝相對復雜，工藝時間長。因此本文重點研究一種快速燒結方法-電流輔助燒結工藝，可在1秒內完成燒結互連并獲得高強度的接頭。
　　本文首先基于紅外熱像檢測技術，通過搭建實時溫度檢測系統(tǒng)，檢測并記錄快速燒結過

2、程中焊膏層的溫度分布及演化。結果表明：焊膏層溫度分為五個階段：快速升溫階段、緩慢升溫階段、溫度平衡階段、快速降溫階段和緩慢降溫階段。這五個階段可以通過調節(jié)通電電流和通電時間來控制。隨后分別研究了不同基材、通電電流和通電時間對燒結連接工藝過程中焊膏層溫度變化、燒結接頭剪切強度及剪切斷口的作用規(guī)律。結果表明：當焊層峰值溫度高于325℃且通電時間大于400 ms時，焊膏層能夠實現(xiàn)高度致密化燒結，形成可靠的燒結銀接頭。隨著峰值溫度的上升，接頭的

3、剪切強度也不斷增大；隨著通電時間的延長，接頭剪切強度先快速增加，隨后增長緩慢，并最終達到飽和，甚至略有降低。除此之外，以通電電流為直流6 kA為例，分析并討論了不同通電時間的燒結銀接頭的橫截面的微觀形貌，包括顆粒大小、空隙大小及空隙形狀等。隨后結合燒結工藝溫度的實時測量值，討論并提出了電流輔助燒結納米銀焊膏的可能物理機制。本文認為，電流輔助燒結納米銀焊膏的互連工藝可分三個階段：⑴納米銀顆粒的重排：焊膏中有機物迅速揮發(fā)促使納米銀顆粒緊密排

4、列，有助于實現(xiàn)燒結接頭的快速收縮；⑵局部液相促進燒結致密化：部分納米銀顆粒由于局部高溫發(fā)生局部熔化現(xiàn)象，此時毛細引力促使鄰近顆粒排列更加緊密，顆粒之間的液相薄膜會加速銀原子的相互擴散，顆粒頸連程度明顯；⑶塑性變形促進致密化：當焊膏層平均溫度升高到400℃時，塑性變形致密化機制將成為主導，變形的顆粒將分割、填充大的孔洞，促使燒結接頭可以在短時間內實現(xiàn)燒結的快速收縮，而且高溫下接頭中的微觀缺陷也會加速消失使燒結接頭更致密，最終燒結銀接頭的剪