低温烧结纳米铜焊膏的制备及其连接性能分析

甲酸处理铜纳米颗粒的方法制备可低温烧结的纳米铜焊膏可用于低温连接大功率器件.首先利用改良后的多元醇法制备平均粒径为30 nm的铜纳米颗粒,然后利用甲酸浸泡去除铜纳米颗粒表面的氧化物,之后将铜纳米颗粒与乙二醇混合后制备固含量为70%的焊膏,并在160~320℃的烧结温度、10 MPa压力、保温5 min的条件下烧结连接DBC陶瓷基板和金属化的SiC芯片.结果表明,通过扫描电镜和透射电镜观察连接接头形貌,烧结接头内部烧结组织粗大,烧结铜层和铜焊盘的界面通过冶金结合紧密连接,形成了拥有高抗剪强度、高导电性的连接接头.     

铜颗粒低温烧结技术的研究进展

金属纳米材料因具有良好的导电导热性以及能够在较低温度下进行烧结，是功率器件在高温高压高频等工作环境下服役所需的关键电子封装材料之一.文中对应用于功率器件封装领域的铜颗粒实现烧结的研究进行了综述，阐明了目前通过铜颗粒烧结技术实现低温键合的研发背景.从铜颗粒烧结材料的制备、工艺参数和还原方法等关键影响因素出发，讨论、归纳了基于不同烧结机理的低温烧结铜颗粒材料接头的力学性能和电学性能.此外，介绍了铜颗粒烧结技术在贴片封装和全铜互连领域中应用的优良特性.通过对该领域研究成果的分析，结果表明，目前铜烧结材料仍然受到氧化问题的挑战，需要进一步在接头性能的精准调控方面深入研究.     

纳米金属颗粒膏合成及其低温烧结连接的电子封装应用研究进展

针对微电子元器件及其高密度系统制造,特别是大功率器件互连封装中无铅、低温互连而其接头又具有良好高温性能的需求,以作者课题组的研究为例,基于金属纳米颗粒具有高表面能的特性,简要概述其低温烧结连接用于电子封裴的原理、纳米颗粒膏的合成、低温烧结连接工艺因素对接头性能的影响及其发展趋势。     

纳米银与纳米铜混合焊膏用于电子封装低温烧结连接

文中提出将纳米银焊膏与纳米铜焊膏按照一定比例进行混合,研究其烧结特性及其用于低温烧结连接镀银的铜块.结果表明,多元醇法制得的纳米银+纳米铜混合焊膏具有良好的防氧化特性;在5 MPa压力并保温5 min条件下,摩尔比例为1:1的混合焊膏在烧结温度为250℃时,接头抗剪强度最大并达到22 MPa.随混合焊膏中纳米银颗粒含量增加,接头强度逐渐增大;纯纳米铜颗粒焊膏的接头抗剪强度为15 MPa,纯纳米银焊膏的接头强度可到达56 MPa.     

IGBT封装用钎料的研究现状

当前,IGBT作为功率器件已经广泛地应用于许多工业领域。IGBT芯片和敷铜陶瓷基板(DBC)的封装普遍采用钎焊技术,因此,钎料的钎焊工艺性能、力学性能、导热性能在很大程度上决定了IGBT功率器件在服役时的性能稳定性和可靠性。文中根据国内外文献资料,分别介绍了铅基、锡基、金基、铋基钎料以及纳米银膏在IGBT功率器件封装上的应用状况,并对钎料今后的发展趋势进行了展望。     

电子封装低温互连技术研究进展

电子产品作为现代电子行业的产物，已逐渐成为社会发展的主导力量，在电子产品封装过程中，电子器件的封装温度过高会产生较大的热应力，进而降低其可靠性。随着电子器件趋于微型化、高功率化、高集成化，其服役温度越来越高，如何解决电子器件“低温封装、高温服役”这一问题已迫在眉睫。本文就低温电子封装材料及方法，从封装母材、连接材料及连接方法三个方面进行总结，指出只有从母材、焊材及焊接方法同时入手，才能达到最佳技术效果，提出在母材表面制备链长更长的、易去除的临时保护层，采用烧结纳米银、纳米铜或瞬时液相混合焊料，借助与焊缝非直接接触的超声搅拌等材料和方法有望克服低温封装的技术瓶颈，同时提出采用微米级混合焊料并辅以超声振动实现连接的新思想。     

新一代功率芯片耐高温封装连接国内外发展评述

新一代半导体高温功率芯片可在500 ℃左右甚至更高的温度下服役,耐高温封装已成为其高温应用的主要障碍. 针对当前高温功率芯片耐高温封装连接问题,从芯片耐高温封装连接的结构及要求、芯片的耐高温封装连接方法(包括高温无铅钎料封装连接、银低温烧结连接、固液互扩散连接和瞬时液相烧结连接)及存在的问题等方面对国内外研究现状、动态进行了分析和评述,并提出了今后高温功率芯片耐高温封装连接的研究重点和发展方向.     

低温烧结纳米银膏研究进展

金属纳米颗粒因尺寸效应可在较低温度下实现烧结,并表现出优异的电热学性能、机械可靠性和耐高温性能,成为适配第三代半导体的关键封装材料. 其中,银因具有高抗氧化性的优势被广泛研究,并成功应用于商业应用中. 基于功率器件封装领域,总结了低温烧结纳米银膏的研究现状,并从纳米银颗粒的烧结机制、制备方法、性能优化、烧结方法、可靠性及商业应用等方面展开说明. 结果表明,随着对烧结理论的进一步认识,可以有目的性地优化纳米银颗粒的尺寸和表面修饰,同时基于纳米银颗粒衍生出新型的产品,以适应不同的烧结工艺和性能要求.     

电子封装高温焊料研究新进展

随着先进封装和第三代半导体的快速发展,具有高熔化温度、耐持久温度考验的高温焊料逐渐成为学界追逐的热点,也成为推动电子产业无铅化和升级换代等“卡脖子”问题的瓶颈。本文综述了传统高温Sn-80Au和Pb-Sn焊料、IMC焊料、纳米及纳米-微米混合焊料,提出未来高温焊料在成分上必将以金、银、铜、铝等金属或石墨烯、碳纳米管等轻质、高导热、高熔化温度的碳基材料及其复合材料为主流;在微观尺度上,纳-微米混合焊料既具有纳米焊料的温度效应,又具有颗粒选择的灵活性,能在一定程度上解决纳米焊料的氧化、团聚及烧结时的相转变等问题;基于颗粒焊料的多尺度、颗粒种类选择的多维度,具有低温快速制备、高温长期服役的IMC高温焊料也具有极大的前途。加速高温焊料研发,突破低温封装、高温服役的技术瓶颈,必将极大推动先进封装和功率封装的快速发展。     

Ni-Cu低温TLP扩散连接接头组织及性能

采用厚度40 μm的纯锡钎料中间层在镍和铜基板间实现了低温瞬态液相扩散连接(transient liquid phase bonding,TLP Bonding),通过延长等温反应时间,获得了完全由(Cu,Ni)6Sn5和Cu3Sn两种金属间化合物相(intermetallic compounds,IMCs)组成的焊接接头. 在Ni-Cu TLP扩散连接液-固反应过程中,Sn/Ni和Sn/Cu界面处均形成了(Cu,Ni)6Sn5,但晶粒形貌存在差异,从镍侧到铜侧化合物形貌依次是小颗粒状、针状和扇贝状. 此外,Cu3Sn的生长受到了抑制. 该IMCs接头具有418.4℃的重熔温度和49.8 MPa的平均抗剪强度,能够满足高温功率器件封装中对耐高温互连的需求,并且有助于提高电子器件在恶劣条件下服役时的可靠性.     

Ag-Cu固溶体颗粒制备及低温烧结互连接头性能

通过液相化学还原法制备Ag-Cu固溶体纳米颗粒,采用低温热压烧结工艺制备“三明治”结构的互连接头.采用X射线衍射仪对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒及烧结体进行物相表征;采用能谱仪对所制备的Ag-Cu固溶体纳米颗粒的元素进行表征;采用纳米粒度仪对Ag-Cu固溶体纳米颗粒粒径进行表征;通过扫描电子显微镜对互连接头的烧结组织和剪切断面形貌进行观察,分析颗粒烧结情况和互连接头断裂模式. 结果表明,通过液相化学还原的方法实现了室温下铜在银中的超饱和固溶,其中Ag原子分数为62.29%,Cu原子分数为37.71%,远超常温下常规块体材料的固溶度. 所制备的纳米颗粒在250 ℃以内保持相对稳定的固溶体相,260 ℃时发生相分离. 当烧结温度为300 ℃、烧结压力20 MPa时,所获得的互连接头具有优异的力学性能,平均抗剪强度达到105 MPa,且烧结组织呈现完整的脉络状,剪切断面全部为韧窝状,属于韧性断裂.     

Die-attach for power devices using the Ag sintering process: Interfacial microstructure and mechanical strength

The sintering reactions and mechanical reliability of Ag sinter paste with three different surface finishes, Cu, Ag, and electroless nickel-immersion gold, were evaluated during the sintering process. We compare the sintering reaction behaviors of the three sintered joints and identify the relationship between the sintering behavior and the sintered Ag/substrate compatibility. Inter-diffusion behaviors result in of good metallurgical bonding during the Ag sintering process in the three sintered joints. The shear strength increases on increasing the bonding pressure, irrespective of the surface finish. The surface finish material of the substrate strongly affects the shear strength of the Ag sintered joints. The Ag finished joint exhibits superior interfacial stability and shear strength compared to the Cu and Au finished joints.     

Ag2O焊膏中添加镀银铜粉的低温烧结连接及其性能

微米尺寸Ag₂O焊膏相对于纳米银焊膏成本低廉且在高温电子互连封装行业中有应用前景.为了进一步降低连接成本及提高接头的抗电化学迁移能力,向Ag₂O焊膏中加入镀银铜粉制得了新型混合焊膏.文中对比了用原有微米尺寸Ag₂O焊膏与加入镀银铜粉后的新型混合焊膏连接所得接头的抗剪强度以及两种焊膏烧结后的抗电化学迁移能力.结果表明,在连接温度为250℃时,用含镀银铜粉的混合Ag₂O焊膏连接的接头抗剪强度下降明显,但焊膏烧结后的抗电化学迁移能力获得显著提升,水滴试验结果表明其电迁移短路时间延长了一倍以上.     

单晶UBM在电子封装微互连中的研究进展

3D封装是未来电子封装制造技术领域的重要发展方向,3D封装中微凸点的尺寸将急剧降低,此时,芯片凸点下金属层(UBM)可能仅包含几个甚至单个晶粒。因此,UBM的晶体取向对界面金属间化合物(IMC)的形核和生长过程将具有显著影响,而界面IMC的特性会直接影响到凸点微/纳尺度互连的可靠性。因此,以单晶作为UBM研究界面物质的传输与IMC的生长规律,具有重要的理论和应用价值。本文对近年来以单晶Cu、Ni和Ag作为UBM焊点的界面反应进行综合分析,总结了单晶UBM上特殊形貌IMC晶粒的形成条件、界面IMC与单晶基体的位向关系、IMC的生长动力学过程、柯肯达尔空洞的形成规律、单晶UBM上IMC的晶体取向调控方法及晶体取向对无铅焊点力学性能和可靠性的影响,为评价单晶UBM凸点的力学性能和可靠性及提供指导。     

烧结方式对TiB2/Cu复合材料组织和性能的影响

采用微波烧结和真空烧结制备了Cu及不同TiB2含量的TiB2/Cu复合材料。测试了试样的密度、硬度、电导率,并对不同烧结法方式制备的Cu及TiB2/Cu复合材料的组织和性能进行了分析。结果表明,微波烧结技术可以在较短的时间和较低的能耗下完成烧结,且烧结体的性能要明显优于真空烧结的。但微波烧结试样的组织比较粗大,有孪晶存在,并且孪晶数量随TiB2含量的增加而减少。     

Thermal conductivity behavior of SPS consolidated AIN/Al composites for thermal management applications

AIN/Al composites are a potentially new kind of thermal management material for electronic packaging and heat sink applications.The spark plasma sintering(SPS)technique was used for the first time to prepare the AIN/Al composites,and attention was focused on the effects of sintering parameters on the relative density,microstructure and,in particular,thermal conductivity behavior of the composites.The results showed that the relative density and thermal conductivity of the composites increased with increasing sintering temperature and pressure.The composites sintered at 1550℃ for 5 min under 70 Mpa showed the maximum relative density and thermal conductivity,corresponding to 99% and 97.5 W·m-1·K-1,respectively.However,the thermal conductivity of present AIN/Al composites is still far below the theoretical value.Possible reasons for this deviation were discussed.     

金刚石/铜电子封装复合材料的研究状况及展望

随着电子信息技术的迅速发展,电子仪器向小型化、便携化、多功能化方向发展,传统的电子封装材料已经不能满足现代集成电路电子封装的要求。金刚石/铜复合材料作为新型电子封装材料,具有高的热导率、可控的热膨胀系数、较低的密度等特点,近年来成为研究的热点。本文概述了金刚石/铜复合材料的制备工艺及优良性能,并对其未来应用进行了展望。     

放电等离子烧结温度对超细晶W-40Cu复合材料的影响

采用高能球磨法制备了W-40Cu超细晶复合粉体,继而进行了放电等离子烧结(SPS),获得了致密的超细晶W-40Cu块体复合材料,着重研究了烧结温度对复合材料组织和性能的影响.结果表明,随着烧结温度升高,材料的致密度、硬度和电导率也随之升高;在950℃烧结5 min的W-40Cu复合材料,W颗粒尺寸约300～500 nm,相对致密度达98％,显微硬度HV为287,电导率为17.9 MS/m.