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;
纳米烧结银互连层的工艺改进
善仁新材研究院比较了加压微米烧结银和无外加压力纳米烧结银,通过实验发现纳米尺度下的银具有比微米尺度下更高的烧结驱动力,避免了压力烧结条件下对芯片和基板中造成缺陷和裂纹等现象,并发现了烧结温度和烧结压强的增加会降低烧结银的孔隙大小,AS9375无压烧结银的纳米银互连层的结合强度可达45MPa。
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。
烧结纳米银导热率及孔隙关系
孔隙对于热传导性能的影响会很大,善仁新材发现:纳米烧结银热流密度分布不均匀,有孔隙的地方会使得周围的热流密度变低,并且随着孔隙率的增加,等效热导率依次减少。空隙率越低,导热系数越高,空隙率越高,导热系数越低。
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