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近年来随着电子工业领域的飞速发展,电子产品性能逐步提高并向小型化、集成化发展。功率器件性能不断提高,体积不断减小,这意味着芯片内部更高的电流密度,更高的热量散发。目前能在高温下工作的第三代SiC半导体已经投入生产,但由于缺少相应的高温钎料,随之而来的高温封装可靠性问题日渐突出。由于无铅化禁令的颁布,目前大部分的含铅钎料均被其他成分所替代。目前适用于高温功率器件的芯片粘贴方式主要有纳米银烧结法、瞬态液相连接法、高温合金钎料焊接等,但各有其缺点。纳米银烧结法具有良好的导电导热性能,但纳米银存在电迁移问题,同时制备成本高,无法进行大规模批量生产。瞬态液相连接工艺成本低,但容易发生反应不完全的现象,产生可靠性问题。而适用于高温(大于250℃)的钎料合金目前还很少,比较有代表性的是Au-Sn(Tm=280℃)和Au-Ge(Tm=356℃)等Au基合金,造价昂贵,硬度较大且回流温度也偏高,难以得到广泛应用。因此本课题旨在探索一种在较低温度下(232℃)即可形成连接,但却能够在高温下(高于250℃)服役,同时回流时间能够控制在合理范围内,价格又非常低廉的新型钎料。课题首先提出使用一种具有核壳结构的金属粉作为钎料。该种钎料具有外层为Sn内层为Cu的核壳结构,当在250℃下回流时外层Sn熔化形成连接并与内层Cu核反应生成金属间化合物,最终形成具有金属间化合物中分散有Cu颗粒的焊缝结构,该焊缝具有很高的熔点,因此能够在高温下服役。本文使用化学法制备该核壳结构金属粉。本课题尝试以1μm、5μm、30μm粒径的Cu粉作为原料,并使用SnCl2·2H2O浓度分别为4.2g/L,8.4g/L,12.6g/L,16.8g/L的溶液进行反应,以得到不同包Sn量(1倍、2倍、3倍、4倍包Sn量)的金属粉。在化学反应过程中,Cu与溶液中的配位剂发生反应,使Cu2+/Cu电对的电极电位降低,置换出比Cu活泼的Sn2+。课题将上述方法中制备的金属粉按照两种方法进行焊接:与钎剂混合成钎料膏回流以及压制成预制片回流。将金属粉与市售松香基钎剂均匀混合,金属粉所占比重为76%至92%。钎剂量较多时流动性较好,但孔隙较多,金属粉比例多时形成的焊缝质量较好。文章还对不同参数的粉体形成的焊缝进行比较并进行表征。钎料膏形成的焊缝不可避免的会出现大量空洞,因此本文使用预先压片的方法对上述问题进行改善,形成了较理想的焊缝组织,并对粒径以及包覆Sn量不同的金属粉形成的焊缝进行了比较与表征。