纳米cu_6sn_5焊膏制备与功率芯片贴装键合工艺

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1、硕士学位论文↑（纳米Cu6Sn5焊膏制备与功率芯片贴装键合工艺（黑体2号字）THEPREPARATIONOFNANOCu6Sn5SOLDERPASTEANDPOWERDIE-ATTACHEBONDINGPROCESS↑（马慧文↑（号哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TG425学校代码：10213国际图书分类号：620.3密级：公开↑↑（宋体小4号字）（宋体小4号工程硕士学位论文↑（纳米Cu6Sn5焊膏制备与功率芯片贴装键合工艺↑（硕士研究生：马慧文导师：王春青教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TG407（TimesNewRoman小4字）U.D.C:621.791（TimesNewRoman小4字）DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEPREPARATIONOFNANOCu6Sn5SOLDERPASTEANDPOWERDIE-ATTACHEBONDINGPROCESS↑，题目太Candidate：MaHuiwenSupervisor：Prof.WangChunqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Material

3、EngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，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

4、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

5、，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

6、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

7、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。关键词：纳米Cu6Sn5；芯片粘接；工艺优化；电性能；热性能；可靠性-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,astheemergenceofthe3thgenerationofsemiconductorrepresentedbySiC,thed