SiC基IGBT高铅焊料芯片固晶层的热冲击失效机理

目前大功率SiC IGBT器件常用高熔点的高铅焊料作为固晶材料,为保证功率器件的长期使用,需研究温度冲击条件下高铅焊点的疲劳可靠性,并探究其失效机理。采用Pb92.5Sn5Ag2.5作为SiC芯片和基板的固晶材料,探究温度冲击对固晶结构中互连层疲劳失效的影响。结果表明,温度冲击会促进焊料与SiC芯片背面的Ti/Ni Ag镀层反应生成的块状Ag3Sn从芯片/焊料层界面往焊料基体内部扩散,而焊料与Cu界面反应生成的扇贝状Cu3Sn后形成的富Pb层阻止了Cu和Sn的扩散反应,Cu3Sn没有继续生长。750次温度冲击后,焊料中的Ag与Sn发生反应生成Ag3Sn网络导致焊点偏析,性质由韧变脆,焊点剪切强度从29.45 MPa降低到22.51 MPa。温度冲击模拟结果表明,芯片/焊料界面边角处集中的塑性应变能和不规则块状Ag3Sn导致此处易开裂。

碳纳米管-石墨烯增强纳米Ag膏低温连接功率芯片

纳米Ag烧结因具有优异的导热和耐高温性,将是第三代宽禁带半导体芯片封装的理想的连接材料,如何选择合适的第二相以稳定高温服役过程中烧结层组织的演变,是当前Ag烧结技术面临的重要挑战之一。本文采用碳纳米管-石墨烯(CNT-G)来增强纳米Ag焊膏,通过分析烧结组织和接头剪切性能,研究添加相后对烧结接头的影响规律。结果表明:CNT-G增强纳米Ag焊膏的分解温度为250℃,焊膏中碳纳米管、石墨烯和Ag的含量为93%(质量分数)。随着烧结温度升高,大量颗粒之间形成烧结颈,使得烧结层的致密度逐渐提高,电阻率逐渐降低。CNT-G增强的纳米Ag焊膏可以在温度≥230℃、烧结压力5 MPa下实现SiC芯片和基板连接,其烧结层与芯片和基板都形成了良好冶金结合。