基于超聲的錫基釬料芯片鍵合界面反應(yīng)機(jī)制.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體器件朝著小型化、高功率、高集成度的方向發(fā)展。功率器件也應(yīng)運(yùn)而生，在功率轉(zhuǎn)換、電流控制以及汽車(chē)電子等消費(fèi)電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也意味著電子器件需要承受較高的電流密度、更高的熱量散發(fā)，因此急需可以在惡劣環(huán)境穩(wěn)定工作的封裝材料。傳統(tǒng)用于高溫封裝材料主要為高鉛釬料和金基釬料，但由于無(wú)鉛化禁令的宣布以及較高成本，限制了其在封裝領(lǐng)域的使用。在低溫下快速形成高熔點(diǎn)完全金屬間化合物連接接頭是一種低成本的鍵合方法。

2、r>　　超聲波在液態(tài)釬料中傳播時(shí)會(huì)引起超聲空化和超聲聲流作用，超聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)的作用會(huì)促進(jìn)基體原子向液態(tài)釬料的擴(kuò)散，能夠縮短形成完全金屬間化合物接頭的時(shí)間。本課題提出了一種將超聲波直接作用于Cu基板，而芯片不施加壓力的焊接結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了在工藝參數(shù)為250℃、超聲功率為500W、焊接時(shí)間為10s的情況下獲得了熱阻為0.252mm2·K·W-1，接頭剪切強(qiáng)度為69MPa的高性能連接接頭。經(jīng)過(guò)熱循環(huán)試驗(yàn)和高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)后連接接頭剪切強(qiáng)度分別

3、為46.6MPa和58.9Pa。同時(shí)該完全金屬間化合物接頭經(jīng)過(guò)275℃、24h的熱儲(chǔ)存試驗(yàn)后，剪切強(qiáng)度依然很高為39.1MPa。
　　超聲波輔助焊接過(guò)程中由于超聲波空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)對(duì)上下界面的作用，在焊縫中形成了大量彌散的金屬間化合物，并且這些小尺寸的金屬間化合物具有彌散強(qiáng)化的作用，使得獲得連接接頭剪切強(qiáng)度明顯升高。同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間高功率的超聲作用會(huì)促使界面金屬間化合物厚度增加，并且提供能量使得不同的金屬間化合物晶粒發(fā)生相互吞并長(zhǎng)大，

4、在完全金屬間化合物接頭中形成了貫穿上下界面的金屬間化合物晶粒。
　　此外，由于高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)導(dǎo)致芯片金屬化層參與相變產(chǎn)生孔洞缺陷，基于該問(wèn)題本課題提出了鍍Ni芯片與Ni基板連接的焊接結(jié)構(gòu)。為了縮短形成高熔點(diǎn)完全金屬間化合物接頭的時(shí)間，本研究設(shè)計(jì)了金屬粉混合制備合金釬料的芯片鍵合方法。通過(guò)配備不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Sn粉和Ni粉合金粉末與釬劑混合成釬料膏，然后用于Ni-Ni的連接。實(shí)現(xiàn)了在工藝參數(shù)為250℃、壓力為1MPa、釬料組分為Sn70