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纳米银焊膏作为一种无铅的界面连接材料,可以通过低温烧结技术实现功率半导体芯片的连接。由于纳米银焊膏具有熔点高(961℃)、电导率和热导率高(4.1×10~7S/m和229 W/mK)、工艺温度低(260℃以下)等优点,它逐步替代传统焊料合金和导电环氧树脂,并广泛应用于高温功率半导体器件中。本文针对该纳米银焊膏的低温烧结机制,无压低温烧结连接IGBT芯片工艺方法及其在大功率IGBT模块封装中可靠应用的科学与技术问题展开了相关研究工作。所获得的主要研究成果如下:首先,本文研究了纳米银焊膏无压低温烧结机制及其致密化行为。研究表明纳米银焊膏无压低温烧结连接主要分为三个阶段:稀释剂和分散剂等有机物挥发,银颗粒之间聚合和颗粒之间致密化。烧结温度主要影响银颗粒之间颈的形成,而升温速率和保温时间主要影响颈的长大。其次,研究了纳米银焊膏无压低温烧结连接IGBT硅基芯片的验证优化研究,包括:自行设计了芯片连接层厚度控制的装置,优化了纳米银焊膏钢网印刷十字架形状。通过理论计算推导了十字架形状因子参数之间的关系,并得到该形状因子的具体参数。研究了干燥时间、烧结温度和烧结时间对IGBT硅基芯片连接层剪切强度的影响规律,建立了最优的无压低温烧结连接工艺方法。然后,利用上述工艺方法实现了1200V/150A IGBT模块的封装应用,并且对比分析了该自主研发的IGBT模块与同等级商业型IGBT模块的热学性能和电气性能。研究表明,常温下本工作自主研发的烧结型IGBT模块的通态压降和开关性能与同等级商业型IGBT模块的数值相似,而烧结型IGBT模块的热阻比同等级商业型IGBT的模块低0.022~oC/W。最后,通过功率循环老化和温度循环老化等测试方法研究了IGBT模块的老化失效行为。秒级功率循环老化试验(结温:25~125℃,壳温:25~55℃)结果表明:烧结型IGBT模块的循环老化失效寿命比同等级商业型IGBT模块高30 K圈。经过35 K圈分钟级功率循环老化试验(结温:25~125℃,壳温:25~105℃)结果表明:烧结型IGBT模块的热阻、通态电阻和开关损耗分别比同等级商业型IGBT模块分别低2.1%、9.0%和13.4%。当温度循环老化试验(-55~150℃)持续到300圈时,烧结型IGBT模块的热阻和通态电阻分别比同等级商业型IGBT模块的低4.1%和7.0%。