【摘 要】
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随着电子器件不断向高集成度和小型化发展,功率密度也随之增加,进而导致器件产热量也大幅激增。然而,传统的Si基半导体在高于175℃下不能稳定服役,因此,在高温下仍能保持优异物理性能的以Si C为代表的宽禁带半导体受到广泛关注。然而,迄今为止,还没有合适的钎料能够充分发挥Si C优异的物理性能。因此,亟需开发出一种无铅高温芯片贴装材料,以便充分发挥其在高温下优异的物理性能。本课题提出了一种新颖的基于C
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随着电子器件不断向高集成度和小型化发展,功率密度也随之增加,进而导致器件产热量也大幅激增。然而,传统的Si基半导体在高于175℃下不能稳定服役,因此,在高温下仍能保持优异物理性能的以Si C为代表的宽禁带半导体受到广泛关注。然而,迄今为止,还没有合适的钎料能够充分发挥Si C优异的物理性能。因此,亟需开发出一种无铅高温芯片贴装材料,以便充分发挥其在高温下优异的物理性能。本课题提出了一种新颖的基于Cu@Sn@Ag三层核壳金属颗粒制备的钎料来进行连接,具有低温短时连接,高温长期服役的优点。本文通过两步化学镀法,制备出了镀层致密均匀的Cu@Sn@Ag核壳颗粒。随后探究了镀层厚度对焊缝连接质量的影响,并通过调整镀覆工艺,实现镀层厚度的控制。由于Ag的存在,经XPS检测和增重实验研究发现Cu@Sn@Ag核壳颗粒的抗氧化性能相比Cu@Sn颗粒显著提升。因此,连接过程可以在无需气体保护或真空下进行。通过将Cu@Sn@Ag颗粒和松油醇、乙二醇等有机溶剂混合,制备成钎料膏。在250℃,3 MPa压力下回流15 min后,焊缝的熔点可以提升到475℃。在最佳连接工艺下,焊缝热膨胀系数为15.77×10-6℃-1,电阻率为4.6±1.4μΩ·cm;30℃、150℃和250℃下焊缝的热导率分别为159.97 W·m-1·K-1、142.71 W·m-1·K-1和137.28 W·m-1·K-1;30℃和400℃下焊缝的剪切强度分别为25.8±6.9 MPa和19.7±6.3 MPa。在严苛环境中,采用基于Cu@Sn@Ag颗粒的预制片构成的焊缝探究其在长期服役下的可靠性。在偏置电压为60 V的水滴实验中,基于Cu@Sn@Ag颗粒焊缝电化学迁移短路时间为145 s;在85℃,85%RH高温高湿环境中储存14天后,焊缝的电阻率仅从4.6±1.4μΩ·cm上升到8.5±3.8μΩ·cm;在300℃老化时间15天后,焊缝中的孔隙率从6.8%上升到10.8%。焊缝的剪切强度从30.5±6.3 MPa下降到22.3±5.6 MPa;在冷热冲击500周后,界面的焊合率从99.0%下降到84.2%。由上述实验可知,基于Cu@Sn@Ag颗粒焊缝在严苛环境性能仅小幅度下降。
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