Cu@Ag核殼顆粒復(fù)合SnSb釬料的制備及其釬焊接頭性能研究.pdf

1、以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體及其功率器件，場(chǎng)效應(yīng)器件，肖特基二極管等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，其工作溫度較高，但是用于電極引出材料和芯片封裝的釬料卻不能耐如此高的溫度，因此急需開(kāi)發(fā)能在高溫高壓等環(huán)境下服役的微電子封裝無(wú)鉛釬料。Sn-Sb系高溫釬料合金由于具有較好的微觀組織穩(wěn)定性和良好的機(jī)械性能以及蠕變性能被認(rèn)為是替代含鉛釬料的最有潛力的高溫釬料，但是Sn-Sb系釬料合金存在諸如脆性大，潤(rùn)濕性差和可靠性等問(wèn)題，因此本課題從釬料中加入強(qiáng)化相顆粒來(lái)改善

2、基體釬料性能的角度入手，通過(guò)液相還原法在50nm，5μm，20μm三種尺寸的銅顆粒上制備了Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆顆粒，并分別將3wt.％的核殼結(jié)構(gòu)包覆顆粒與Sn10Sb高溫釬料混合通過(guò)燒結(jié)的方式制備出了Sn10Sb-Cu@Ag復(fù)合高溫釬料。
　　研究了影響液相相還原法制備Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆顆粒包覆效果的分散劑，攪拌速率、和主鹽AgNO3含量三種工藝參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明:不同分散劑對(duì)產(chǎn)物的分散情況不同，PVP做分散劑時(shí)產(chǎn)物的分散效

3、果優(yōu)于Tween-80做分散劑和不加分散劑;攪拌速率影響產(chǎn)物的包覆及分散效果，攪拌速率為3000r/min時(shí)制備的產(chǎn)物分散性良好且包覆均，優(yōu)于攪拌速率為1000r/min和7000r/min;主鹽AgNO3的含量影響包覆層厚度及銀的利用率，隨著隨著主鹽AgN03含量的增加，包覆層厚度也不斷增加，但過(guò)多的主鹽添加也會(huì)產(chǎn)生多余的單質(zhì)銀粒子，造成銀的利用率降低。
　　對(duì)Sn10Sb-Cu@Ag復(fù)合釬料的微觀組織進(jìn)行了觀察，研究了復(fù)合高溫

4、釬料對(duì)FR4型覆銅基板的潤(rùn)濕性，分析了Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆顆粒對(duì)釬料的微觀組織和潤(rùn)濕性的影響機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明:Sn10Sb-Cu@Ag復(fù)合釬料中SnSb相的尺寸隨著加入的Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆粉末顆粒尺寸的增大而增大，并發(fā)現(xiàn)燒結(jié)后的復(fù)合釬料中存在孔洞和微裂紋。在相同釬焊工藝條件下，Sn10Sb-Cu@Ag復(fù)合高溫釬料的潤(rùn)濕角比Sn10Sb高溫釬料的潤(rùn)濕角小，且加入的Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆粉末的尺寸越小其潤(rùn)濕性越好，潤(rùn)濕性的提高與表面

5、材料的吸附有關(guān)。
　　對(duì)Cu/Sn10Sb-Cu@Ag/Cu復(fù)合高溫釬料釬焊接頭的微觀組織進(jìn)行了觀察，對(duì)比了不同焊接方法獲得的焊接接頭組織差異，研究了焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度并分析了其斷裂模式，探討了不同尺寸Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)顆粒對(duì)復(fù)合釬料剪切強(qiáng)度性能影響機(jī)理，試驗(yàn)結(jié)果表明:超聲波焊接后焊縫組織中氣孔的數(shù)量較回流焊的少，且沒(méi)有宏觀裂紋的產(chǎn)生。在Sn10Sb釬料中加入Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)顆粒后復(fù)合釬料與基板之間界面IMC層厚度下降。釬焊后焊縫組織

6、中Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)顆?；颈３趾藲そY(jié)構(gòu)狀態(tài)。在相同釬焊工藝條件下，Cu/Sn10Sb-Cu@Ag/Cu焊點(diǎn)的平均剪切強(qiáng)度比Cu/Sn10Sb/Cu焊點(diǎn)的大，并且隨著加入的Cu@Ag核殼結(jié)構(gòu)包覆顆粒的尺寸的增大，復(fù)合釬料焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度逐漸減小。Cu/Sn10Sb/Cu和Cu/Sn10Sb-Cu@Ag(50nm銅顆粒)/Cu焊點(diǎn)的斷裂方式為韌性斷裂，而Cu/Sn10Sb-Cu@Ag(5μm銅顆粒)/Cu和Cu/Sn10Sb-Cu@Ag(2