無壓燒結(jié)納米銀焊膏連接大功率器件的瞬態(tài)熱性能研究.pdf

1、無壓無壓燒結(jié)納米銀焊膏燒結(jié)納米銀焊膏連接連接大功率大功率器件的瞬器件的瞬態(tài)熱性能研究態(tài)熱性能研究TransientThermalImpedanceMeasurementofPowerElectronicsAttachedbyPressurelessSinteredNanosilverPaste領域：材料工程（材料加工工程）作者姓名：王美玉指導教師：陸國權(quán)教授企業(yè)導師：張景超高級工程師天津大學材料科學與工程學院二零一五年五月摘要摘要納米銀

2、焊膏作為一種新型的無鉛封裝互連材料，具有優(yōu)良的高溫力學性能、導電性能及導熱性能，可滿足未來大功率半導體器件的高溫、高密度封裝要求，目前正受到廣泛關(guān)注。雖然大量學者已針對燒結(jié)接頭的力學性能開展研究，但對其熱性能的關(guān)注研究很少。因此本文采用絕緣柵雙擊型晶體管（IGBT）的門極發(fā)射極電壓（VGE）作為溫度感應參數(shù)，提出了一種封裝材料瞬態(tài)熱阻的測試方法。結(jié)果表明，IGBT器件VGE隨其結(jié)溫變化的K系數(shù)為10.3mVC；通過控制有效加熱時間，可以

3、比較準確的獲得各層封裝材料的瞬態(tài)熱阻值，誤差可控制在0.87%以內(nèi)；通過研究環(huán)境溫度，加熱功率，方波占空比和加熱時間等因素對該測試方法的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)熱阻值隨環(huán)境溫度、加熱電壓、占空比和加熱時間的升高均增大，但加熱電流對其影響不顯著。以往通常采用一定的輔助壓力實現(xiàn)低溫燒結(jié)納米銀焊膏連接大功率器件，這易造成芯片在連接過程中發(fā)生預損壞，同時加壓工藝設備較復雜，成本較高，不利于低溫燒結(jié)納米銀芯片互連技術(shù)的廣泛應用。本文還重點研究了其連接大

4、功率器件的無壓燒結(jié)工藝。我們通過分析燒結(jié)銀焊點的微觀形貌、導熱和力學性能，揭示了燒結(jié)溫度和保溫時間等因素對焊點性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在250C時，保溫10min，焊點的熱阻已接近穩(wěn)定，此時無壓燒結(jié)焊點的平均剪切強度、熱導率、瞬態(tài)熱阻和孔隙率分別達25MPa，300WmK，0.05CW和20%，各項性能指標優(yōu)異，滿足功率器件高溫應用的基本要求。最后，通過Ansys模擬理論分析，發(fā)現(xiàn)連接層空洞對熱性能有顯著影響。本文基于模擬結(jié)果建立了燒結(jié)焊點