低温回流高温服役的锡填充泡沫银材料制备和性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangcong8888
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随着电子器件集成度越来越高,以及汽车、航天等工业的不断发展,芯片需要承受更大的电流密度以及更高的服役温度。单晶硅材料的芯片在高于150℃的条件下就无法稳定工作,第三代半导体材料碳化硅(SiC)取代Si可以适应高温大功率器件的应用,SiC材料可以在超过300℃的极端环境下正常工作。但是传统的钎料熔点低,不适用于高温工作条件,芯片贴装面临挑战。本课题的目标是开发一种可用于高温服役的新型钎料,以充分发挥第三代半导体材料的耐高温特性。本论文研究制备了一种三维网络结构的泡沫银材料,利用熔融Sn基钎料的毛细作用填充进泡沫银内部孔洞,可以实现低温回流、高温服役的目标。分别通过直接压片法、电镀法、脱合金法得到不同形貌的泡沫银预制片,研究了压力、电镀时间、合金体系、合金成分以及反应温度等对于泡沫银结构的影响。直接压片法通过控制压片压力为4 MPa能够得到厚度较为合适的泡沫银预制片。电镀法是对直接压片法的改进,通过在原始泡沫银材料的Ag骨架表面沉积一定厚度的Sn,再经过30 MPa压力压片处理,最终得到孔洞分布均匀、孔径尺寸合适的泡沫银预制片。脱合金法以不同的二元合金体系Ag-Al、Ag-Mg为原始材料,使用7.5wt%的稀盐酸溶液腐蚀去除活泼金属Al、Mg,得到孔径尺寸200 nm600 nm的泡沫银预制片,并分析了不同合金体系、合金的成分以及反应温度对于泡沫银预制片孔径尺寸、孔隙率等的影响。将制备的泡沫银预制片进行回流焊接,确定了回流焊接工艺参数。对焊缝性能进行了表征,使用直接压片法、电镀法、脱合金法制备的泡沫银预制片,室温下剪切强度分别为41.96 MPa、43.67 MPa、14.91 MPa,对于电镀法在300℃下剪切强度达到20.13 MPa;在电阻率分别为6.13μΩ·cm、4.38μΩ·cm、8.44μΩ·cm;电镀法制备的泡沫银预制片热导率在30℃、300℃下分别为71.63 W·m-1·K-1、66.88 W·m-1·K-1。本论文中所制备的材料具有优良的力学、导电、导热性能。
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