Cu@Sn核壳结构高温钎料的制备及曲面化合物生长行为研究

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1、硕士学位论文Cu@Sn核壳结构钎料的制备及曲面化合物生长行为研究FABRICATIONOFHIGHTEMPERATURESOLDERBASEDONCU@SNCORESHELLSTRUCTUREDPOWDERANDTHESTUDYOFCU-SNIMCSGROWTHONCURVEDSURFACE赵夫凡哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文Cu@Sn核壳结构高温钎料的制备及曲面化合物生长行为研究硕士研究生：赵夫凡导师：陈宏涛副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：深圳研究生院答

2、辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringFABRICATIONOFHIGHTEMPERATURESOLDERBASEDONCU@SNCORESHELLSTRUCTUREDPOWDERANDTHESTUDYOFCU-SNIMCSGROWTHONCURVEDSURFACECandidate：ZhaoFufanSupervisor：AssociateProf.ChenHongtaoAcademicDegreeA

3、ppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着电子工业向高集成度和小型化发展，电子器件的功率密度也在随之不断升高，这就导致了高的电流密度和大的热能释放，从而要求电子器件中互连焊点所能承受的工作温度随之升高。尤其对于诸如航空航天、汽车电子、油

4、气勘探中的深井探测等这类在苛刻环境条件下工作的电子器件而言，要求更为苛刻。目前，电子器件中所使用的大部分芯片由硅（Si）制成，由于硅自身的物理条件限制，它不能在高于150℃的条件下稳定工作。近些年，碳化硅（SiC），氮化镓（GaN）凭借其宽的禁带宽度、高饱和电子漂移速率、大的临界击穿强度、和高热传导率等优异性能成为了功率半导体最理想的材料。最重要的是，SiC可以在超过600℃的情况下依然保持良好的性能。因此，需要寻找合适的芯片贴装材料来使SiC功率器件在高温下得以将其优异的性能发挥出来。Cu@Sn核壳结构粉体作为一种新型钎料可以满足低温回流、高温服役的要求，是一种理想的高

5、温钎料。课题首先对已有的Cu@Sn核壳结构粉体制备工艺进行了优化，具体对制备工艺中的各项重要参数做了细致的实验探究，总结出了工艺参数与粒径大小之间的关系，使优化后的Cu@Sn核壳结构粉体制备工艺能够适用于不同粒径大小的待镀Cu粉。随后通过理论计算和具体实验确定了Cu@Sn核壳结构粉体互连材料在Cu-Sn反应面积和Cu扩散源上具有的优势，这种大的反应面积和多的扩散源使Cu@Sn核壳结构焊缝相较于传统TLP焊接具有更短的回流时间，这对贴装过程中功率器件的保护非常有利。通过对各粒径Cu@Sn核壳结构焊缝在不同回流时间下的组织形貌观察和力学性能测试，确定了核壳结构粒径与焊缝剪切强

6、度之间的规律；通过理论计算及实验验证的方法确定了各粒径核壳结构颗粒回流过程中生成Cu-SnIMCs时的体积变化，探寻了导致焊缝失效的原因。最后，课题将这种Cu@Sn核壳结构粉体制成了钎料膏并进行了性能表征，这种核壳结构钎料膏对基体表面质量要求低且具有使用方便等优势，更加符合工业生产的实际要求。关键词：高温钎料；核壳结构；Cu-Sn金属间化合物；钎料膏-I-AbstractAbstractWiththedevelopmentofelectronicsindustrytowardminiaturizationandmulti-functionalization,thepowe

7、rdensityofmicroelectronicdevicesisincreaseddramatically,whichresultsinhighcurrentfrequencyandasignificantamountofheatrelease.Asaresult,themaximumworkingtemperatureofsolderjointinterconnectionsneedstobeimproved.Mostchipsinmicroelectronicdevicesaremadeofsilicon(Si)tha