本文關(guān)鍵詞：無壓燒結(jié)納米銀焊膏連接大功率器件的瞬態(tài)熱性能研究

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【摘要】：納米銀焊膏作為一種新型的無鉛封裝互連材料,具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及導(dǎo)熱性能,可滿足未來大功率半導(dǎo)體器件的高溫、高密度封裝要求,目前正受到廣泛關(guān)注。雖然大量學(xué)者已針對燒結(jié)接頭的力學(xué)性能開展研究,但對其熱性能的關(guān)注研究很少。因此本文采用絕緣柵雙擊型晶體管(IGBT)的門極-發(fā)射極電壓(VGE)作為溫度感應(yīng)參數(shù),提出了一種封裝材料瞬態(tài)熱阻的測試方法。結(jié)果表明,IGBT器件VGE隨其結(jié)溫變化的K系數(shù)為10.3 mV/oC;通過控制有效加熱時(shí)間,可以比較準(zhǔn)確的獲得各層封裝材料的瞬態(tài)熱阻值,誤差可控制在0.87%以內(nèi);通過研究環(huán)境溫度,加熱功率,方波占空比和加熱時(shí)間等因素對該測試方法的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)熱阻值隨環(huán)境溫度、加熱電壓、占空比和加熱時(shí)間的升高均增大,但加熱電流對其影響不顯著。以往通常采用一定的輔助壓力實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)納米銀焊膏連接大功率器件,這易造成芯片在連接過程中發(fā)生預(yù)損壞,同時(shí)加壓工藝設(shè)備較復(fù)雜,成本較高,不利于低溫?zé)Y(jié)納米銀芯片互連技術(shù)的廣泛應(yīng)用。本文還重點(diǎn)研究了其連接大功率器件的無壓燒結(jié)工藝。我們通過分析燒結(jié)銀焊點(diǎn)的微觀形貌、導(dǎo)熱和力學(xué)性能,揭示了燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間等因素對焊點(diǎn)性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在250oC時(shí),保溫10 min,焊點(diǎn)的熱阻已接近穩(wěn)定,此時(shí)無壓燒結(jié)焊點(diǎn)的平均剪切強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、瞬態(tài)熱阻和孔隙率分別達(dá)25 MPa,300 W/m·K,0.05oC/W和20%,各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)異,滿足功率器件高溫應(yīng)用的基本要求。最后,通過Ansys模擬理論分析,發(fā)現(xiàn)連接層空洞對熱性能有顯著影響。本文基于模擬結(jié)果建立了燒結(jié)焊點(diǎn)熱性能(瞬態(tài)熱阻)與力學(xué)性能(剪切強(qiáng)度)的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系,σ=6.69e(0.043/Zth)。此關(guān)系有助于實(shí)現(xiàn)對芯片互連焊點(diǎn)整體質(zhì)量的無損表征,對于功率電子封裝工藝及其互連技術(shù)的發(fā)展有顯著推動作用。
【關(guān)鍵詞】：納米銀焊膏 低溫?zé)o壓燒結(jié) IGBT器件 瞬態(tài)熱阻 門極-發(fā)射極電壓 剪切強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN305;TG42
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 半導(dǎo)體器件的應(yīng)用現(xiàn)狀9-11
• 1.3 電子封裝的互連技術(shù)11-17
• 1.3.1 焊料合金回流焊技術(shù)12-14
• 1.3.2 導(dǎo)電膠固化技術(shù)14-15
• 1.3.3 低溫?zé)Y(jié)技術(shù)15-17
• 1.4 IGBT器件的熱性能評價(jià)17-20
• 1.4.1 穩(wěn)態(tài)熱阻17-18
• 1.4.2 瞬態(tài)熱阻18-20
• 1.5 本文研究意義和主要工作20-22
• 1.5.1 研究意義20-21
• 1.5.2 主要工作21-22
• 第二章 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法22-29
• 2.1 試樣制備22-27
• 2.1.1 無壓燒結(jié)納米銀焊膏22-24
• 2.1.2 試樣制備工藝24-27
• 2.2 試樣測試方法27-29
• 2.2.1 力學(xué)性能測試方法27-28
• 2.2.2 瞬態(tài)熱阻測試方法28-29
• 第三章 瞬態(tài)熱阻表征方法及其測試系統(tǒng)的研究29-47
• 3.1 K系數(shù)的確定29-31
• 3.2 瞬態(tài)熱阻測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31-36
• 3.3 誤差分析36-45
• 3.3.1 環(huán)境溫度的影響36-38
• 3.3.2 加熱功率的影響38-41
• 3.3.3 占空比的影響41-42
• 3.3.4 加熱時(shí)間的影響42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 無壓燒結(jié)納米銀焊膏連接大功率IGBT器件的工藝研究47-68
• 4.1 無壓燒結(jié)工藝研究47-55
• 4.1.1 熱重和示差掃描量熱分析47-48
• 4.1.2 燒結(jié)過程驅(qū)動力48-50
• 4.1.3 燒結(jié)參數(shù)的影響50-55
• 4.2 燒結(jié)銀接頭的瞬態(tài)熱分析55-57
• 4.3 連接層空洞對熱性能的影響57-65
• 4.4 瞬態(tài)熱阻與剪切強(qiáng)度的關(guān)系65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第五章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 結(jié)論68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明78-79
• 致謝79-80

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