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纳米烧结银做为SiC芯片封装的互连层研究总结
IGBT功率器件被广泛用于新能源电车、车载逆变器上,做主要的控制元器件,而以SiC为代表的第三代半导体材料所制成的功率器件能够承受500℃左右甚至更高的温度,比Si小近千倍的导通电阻,多20倍左右的开关频率等性。
由于现有封装技术的限制,特别是芯片与基板的互连技术,例如银浆、聚合物材料,软钎焊等互连技术由于焊料合金的低熔点、环氧树脂的低温分解等原因,使其不能在高温环境下可靠工作,导致限制电力电子系统性能和可靠性的瓶颈从半导体芯片转移到了封装技术上来。
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;
③烧结完成后形成SiC-Cu基板纳米烧结银互连层。可以看到,善仁新材的纳米银烧结互连层是碳化硅功率器件封装的关键结构单元,属于薄层结构,其厚度范围一般为20~50μm。SiC芯片和Cu基板表面可以通过镀银、金等烧结工艺提升其互连层的连接强度。
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。
随着全球无铅化的推进,善仁新材的纳米烧结银时替代焊锡膏作为连接材料的候选材料之一,特别是在混动和电动汽车,高铁,航空航天,太阳能,深井石油开采等需要在200度恶劣环境下的各种工作应用,必将成为主流的互连材料之一。