功率器件芯片贴装用Ag%40In核壳结构高温钎料研究

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1、硕士学位论文功率器件芯片贴装用Ag@In核壳结构高温钎料研究STUDYONHIGHTEMPERATURESOLDERUSEDINPOWERDEVICESDIEATTACHMENTWITHAg@InCORE-SHELLSTRUCTURE习聪哈尔滨工业大学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功率器件芯片贴装用Ag@In核壳结构高温钎料研究硕士研究生：习聪导师：陈宏涛副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringSTUDYONHIGHTEMPERATURESOLDERUSEDINPOWERDEVICESDIEATTACHMENTWITHAg@InCORE-SHELLSTRUCTURECandidate：XiCongSupervisor：AssociateProf.

3、ChenHongtaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要功率器件广泛应用于几乎所有的电子制造业，涵盖了传统的4C产业和新近的智能电网、新能源等诸多领域。功率器件需要处理大电流、高电压，而且芯片发

4、热问题严重。加之小型化、高集成度和高功率密度一直是电子器件发展不变的趋势。更高的性能、更小的体积和更高的功率密度使得功率器件的热管理问题雪上加霜。面对这一问题，传统的Si基芯片已越来越力不从心。当前，有更好的高温工作性能的第三代半导体SiC等已具备实际应用能力，但缺乏相应的耐高温的芯片贴装材料。为了解决这一问题，同时避免高的连接温度对器件造成损伤，本课题旨在开发出一种具备“低温连接、高温服役”性能的新型功率器件芯片贴装材料。°°金属In熔点156.6С，Ag熔点961.8С，两者能反应生成多种高熔点相。本课题提出制备Ag@In核壳结构金属粉

5、。连接时，只需较低的温度外层的In即可熔化，并与内层Ag核发生固-液互扩散，反应生成金属间化合物°（IMC），Ag-In金属间化合物熔点可以达到660С以上，因而能够实现高温服役的目的。本课题通过化学镀方法实现了Ag@In核壳结构金属粉末的制备，在碱性3+3+镀液中，EDTA-2Na和TEA作为复合络合剂与In反应生成络合In，以防3+3+止In的直接沉淀；硼氢化钠作为还原剂将络合In还原成In单质，沉积在Ag球上，最终形成Ag@In核壳结构粉末。本课题在可选的多种粒径的Ag粉中确定了最佳的粒径为38μm-48μm；探索出当EDTA-2Na

6、、TEA的量分别为In盐量的2倍、4倍时，镀In量明显提高，镀覆效果良好；综合考虑镀In量和团聚后，得出优化后镀液pH值应在9.0-9.5之间，此时对应的镀液温°°度在30С-35С之间。镀覆完成后，由于Ag-In之间反应快速，实际得到的粉末的结构为Ag@AgIn2@In，In层厚度小于1μm。将该粉末压制成预制片，°°用于镀银铜基板的连接。在175С下5min即可形成熔点300С的焊缝，经°后续老化处理该焊缝可以进一步提升熔点至660С以上；而提升连接温度至°°200С，可以直接得到熔点660С以上的焊缝，焊缝组织为Ag3In。预制片-1

7、-1导电、导热性能优良，电阻率为9.1μΩ·cm，常温热导率为226.7W·m·K，°°-1-1-1-1150С、250С时，热导率分别为135.7W·m·K、125.3W·m·K。焊缝平°均剪切强度为15.2MPa，250С下老化14天，剪切强度也没有下降。各项性能均满足要求，本课题中制备的Ag@In核壳结构高温钎料具备应用于功率-I-摘要器件芯片贴装的潜力。关键词：芯片贴装；高温钎料；核壳结构；功率器件；Ag@In-II-AbstractAbstractPowerdevicesarewidelyusedinalmostalltheele

8、ctronicsmanufacturingindustry,coveringthetraditional4Cindustryandtherecentsmartgrid,newen