【摘 要】
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随着电子产业的迅猛发展,以SiC为代表的第三代半导体高温功率器件相较于传统的Si功率器件具有大禁带宽度、高击穿电压以及高功率密度,这必然使其得到迅速发展和广泛应用,也必将成为半导体功率器件的主流。然而,这对微电子封装技术以及互连材料提出新的挑战,开发出能够在高温环境中稳定工作的互连材料是目前电子封装领域的关键问题之一。近年来,研究制备高熔点的全金属间化合物(Intermetallic Compou
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随着电子产业的迅猛发展,以SiC为代表的第三代半导体高温功率器件相较于传统的Si功率器件具有大禁带宽度、高击穿电压以及高功率密度,这必然使其得到迅速发展和广泛应用,也必将成为半导体功率器件的主流。然而,这对微电子封装技术以及互连材料提出新的挑战,开发出能够在高温环境中稳定工作的互连材料是目前电子封装领域的关键问题之一。近年来,研究制备高熔点的全金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)接头,以满足高温功率器件微焊点高温可靠性的要求是热点问题之一。本文采用Sn-1.0Ag-0.5Cu(SAC105)和纯Sn作为中间层钎料,对Cu/SAC105/Cu和Cu/Sn/Cu两种结构进行热压钎焊和感应钎焊实验,探索互连温度、压力、时间对接头微观组织的影响,以在较短的时间获得全IMC接头。并对接头的界面反应机理、接头微观组织形貌以及纳米压痕性能进行分析研究。采用热压钎焊工艺,对Cu/SAC105/Cu进行互连,通过延长高温停留时间,探究接头的界面微观组织演变机理,最终在450?C、0.016 MPa、9.9 s获得全IMC微焊点,揭示了热压钎焊条件下温度梯度对接头界面反应机理的影响,在温度梯度作用下冷端IMC生长速率大于热端。并且揭示了Ag元素在界面反应过程中聚集在Cu6Sn5的顶部形成,从而聚集的Ag元素阻碍基板中Cu元素从热端向冷端扩散,降低界面反应速率。采用感应钎焊方式,对Cu/SAC105/Cu结构进行互连,在感应钎焊升温的过程中最终在570?C、260 s获得全Cu/IMC/Cu接头。感应钎焊方式提高了基板Cu元素与SAC105之间的界面反应速率,并且感应钎焊过程中涡流作用以及磁力搅拌作用不仅加快界面反应速率,并且改变了界面Cu3Sn的形貌。揭示了感应钎焊条件下微焊点IMC微观组织演变机理,但磁场力作用降低了全IMC微焊点的纳米压痕性能。借助纳米压痕研究了Cu/SAC105/Cu微焊点界面IMC的硬度及弹性模量,对比热压钎焊和感应钎焊两种方法对全IMC微焊点压痕性能的影响,以及Ag元素的加入对接头压痕性能的影响。结果发现,热压钎焊工艺下微焊点界面IMC的晶粒尺寸较小且致密,而感应钎焊下IMC的晶粒尺寸较大且疏松。从而热压钎焊工艺下微焊点界面IMC的弹性模量和硬度均大于感应钎焊工艺下微焊点界面IMC的弹性模量和硬度。
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