近年来以善仁新材开发的纳米烧结银技术为代表的低温连接技术是目前功率器件朝耐高温、高可靠性应用发展的主要趋势,其基本原理是利用纳米尺度下金属颗粒的高表面能、低熔点特性来实现芯片与基板的低温低压烧结互连。
善仁新材的纳米烧结银形成的纳米银互连层具有优良的电、热性能,可承受710℃的高工作温度,而且其厚度相比传统的钎焊接头要薄50~80%,是实现SiC功率器件封装的理想互连材料。
善仁新材纳米烧结银互连结构成型原理及微观结构
纳米颗粒具有特的性能,其比表面积小并且表面曲率半径小,这种特性赋予了它具有比常规的粉体更低的熔点和焊接温度。根据善仁新材研究院的经验得知:纳米银在粒径尺度在10nm以下时,它的烧结温度能降低到100℃以下,比块状时候的熔点的961℃低了800℃以上。与块状银微观结构不同是,纳米烧结银互连层是属于微孔材料,即在其内部分布有众多的微孔隙,微孔隙的尺寸位于亚微米至微米范围间。
善仁新材的纳米烧结银互连层的制作工艺
其工艺主要包括:
① 在覆铜(Cu)基板上涂覆或者丝网印刷纳米烧结银,将芯片放置在纳米银膏上;
其一为改变芯片尺寸,好控制在5×5 mm2以内;其二是在烧结银中添加“特殊物质”。善仁新材公司通过控制烧结温度、温升速度、烧结时间研究出一种烧结方法,在针对10×10mm2的大面积连接时,既降低了烧结温度,又将烧结后的剪切强度提升至50MPa左右。
善仁新材另外发现在烧结工艺中引入超声振动能够提高烧结银尺寸和密度,并发现其在处理烧结不充分的边缘地方,能减小过度区,提高纳米烧结银互连层的连接强度;通过引用脉冲电流影响烧结工艺,能够在3分钟的快速烧结中,得到剪切强度为30-35MPa的工艺方法。
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