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近年来,随着以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体的出现,集成电路发展超越摩尔定律的梦想不再遥不可及。SiC等第三代半导体相比传统的Si半导体具备更高的禁带宽度、击穿电压与功率密度,更适用于大功率模块与高温环境,这也对封装中的芯片粘接材料提出了更高的要求。Cu6Sn5具有良好的导电导热性、热膨胀系数与Cu匹配极好等优点,同时由于纳米材料纳米尺寸效应可使材料的熔点降低,从而达到低温连接高温服役的特性,使得纳米焊膏近年来成为电子封装领域的新兴课题。因此,纳米Cu6Sn5作为高温大功率芯片粘接材料具有重要的研究意义。本文首先从配方和工艺两方面对纳米Cu6Sn5烧结接头的剪切强度进行优化,将接头的剪切强度作为评价烧结品质的指标。配方上从配制纳米Cu6Sn5所使用的表面活性剂、配制焊膏的助焊剂、添加Sn的比例三方面对接头品质进行优化;工艺上,固定烧结过程的升温速率,从烧结温度、时间、压力三方面探究最佳工艺参数。然后,利用纳米Cu6Sn5连接SiC单芯片并测试其电热性能,同时将连接芯片的导电、导热性能与传统的无铅SAC305焊膏、烧结银膏对比,之后再对三组连接单芯片的样品做可靠性试验。最后设计普遍应用的半桥模块拓扑,并用纳米Cu6Sn5完成SiC芯片连接,测试其在不同温度下的输出性能与漏电流等电气性能。研究结果表明:配制纳米Cu6Sn5最佳的表面活性剂为CTAB,220℃与260℃烧结时最佳添加Sn的物质的量比例均为27.08%,最佳工艺为260℃40MPa下烧结20min,此时接头剪切强度最高为17.4MPa,通过对接头界面进行形貌观察可知260℃下烧结的接头相比220℃下烧结的接头界面有金属间化合物Cu3Sn生成,断口形貌大多数为层状撕裂形貌。另一方面,纳米Cu6Sn5连接MOSFET单芯片的电性能良好,静态输出曲线与烧结纳米银、SAC305焊膏两种材料近似,连接SiC器件的样品RDSon为144.69mΩ。热性能上,38μm烧结银的热阻明显小于其他两组,而20μm厚的纳米Cu6Sn5与75μm厚的SAC305的热阻相似。纳米Cu6Sn5连接半桥模块在200℃下的高温仍具备导通性能,该温度测得平均RDSon为289.15mΩ,同时得到了模块RDSon随温度的升高逐渐增加的结论。最后,纳米Cu6Sn5作为芯片粘接材料的可靠性结果尚不理想,通过界面形貌分析推测纳米颗粒初始的团聚导致连接的驱动力变小,界面结合不稳定,在加速热应力的作用下,12小时后孔洞与裂纹等缺陷迅速扩展,最终连接失效。建议今后对纳米Cu6Sn5连接材料的研究上,应选择可以抗团聚的分散剂,从而改善纳米Cu6Sn5连接的可靠性。