大功率IGBT芯片与DBC纳米银膏低温烧结接头组织与性能研究

摘要

IGBT功率模块不断向更高功率，更大电流密度的方向发展，在模块中起着导电、散热、机械支撑作用的钎焊焊点承受着更为苛刻的服役条件。纳米银膏作为一种新型的高温封装连接材料以其优异的导电、导热能力受到了越来越多的关注。本文针对银膏的烧结工艺、微观组织与性能、高温可靠性等问题展开了研究工作。
　　开发了超声辅助纳米银膏无压烧结工艺，研究了超声振动对烧结银微观组织和接头性能的影响。结果表明超声振动不仅可以改善烧结银致密度，还可以将接头断裂模式转变为内聚破坏。随着振动功率或时间的增加，接头剪切强度也从8.4MPa提高到18.9MPa。通过对烧结银表面、断口及横截面的观察证明了在接头边缘总存在一个烧结不完全的区域，超声振动可以减小这个区域，从而提高接头可靠性。利用自行设计恒压烧结的夹具，进行了纳米银膏压力烧结工艺的研究。在120℃1.5MPa的压力下烧结可以在保证不损害芯片的前提下，使银膏与芯片良好润湿，愈合微小气孔，显著提高接头剪切强度。
　　纳米银压力烧结接头在175℃时效过程中晶粒发生持续的长大粗化，并在时效后期在芯片金属层与Si及烧结银界面出现微裂纹及分层现象。剪切强度在初期有一个明显的下滑，但可以稳定到20MPa。而钎焊接头在时效老化过程中化合物成分、组织形貌、连接强度都发生了一些变化。接头剪切强度在500h时效以后迅速下降到4.8MPa，断裂位置也从芯片转移到了Cu3Sn和Cu6Sn5的界面，与烧结接头相比可靠性较差。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 功率电子器件的发展

1.3 IGBT功率模块封装技术研究

1.4 本文的研究意义及主要内容

第二章 实验方法及设备

2.1 纳米银膏烧结工艺

2.2 芯片/DBC接头时效老化研究

2.3 实验设备

第三章 纳米银膏低温烧结工艺研究

3.1 超声辅助纳米银膏无压烧结

3.2 纳米银焊膏压力烧结

3.3 本章小结

第四章 芯片/DBC接头高温时效研究

4.1 引言

4.2 钎焊接头在时效处理下的可靠性

4.3 烧结接头在时效处理下的可靠性

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢