高溫干燥環(huán)境中燒結(jié)納米銀的電化學(xué)遷移可靠性研究.pdf

1、高溫干燥環(huán)境中燒結(jié)納米銀的電化學(xué)遷移高溫干燥環(huán)境中燒結(jié)納米銀的電化學(xué)遷移可靠性研究可靠性研究Investigationonelectrochemicalmigrationofsinterednanosilverathightemperaturesindryair學(xué)科專業(yè)：材料加工工程研究生：楊雯指導(dǎo)教師：陸國(guó)權(quán)教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一三年十二月摘要隨著可高溫應(yīng)用的寬禁帶半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展，低溫?zé)o鉛燒結(jié)納米銀焊膏正逐漸取代傳

2、統(tǒng)焊料合金材料，作為能實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)互連的新型連接材料，尤其是其應(yīng)用于高溫大功率器件封裝中優(yōu)勢(shì)尤為明顯。本文主要研究了納米銀焊膏在高溫干燥環(huán)境中用于高功率電子器件封裝時(shí)的電化學(xué)遷移失效行為，為提高納米銀焊膏封裝高溫大功率電子器件的可靠性設(shè)計(jì)及優(yōu)化的提供理論指導(dǎo)。首先，本文研究了遷移銀“電橋”的形成過程，發(fā)現(xiàn)遷移銀“電橋”由負(fù)極向正極呈現(xiàn)樹枝狀不斷生長(zhǎng)。我們還研究了高溫干燥環(huán)境中陶瓷基板表面燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移銀“電橋”的顯微組織，發(fā)現(xiàn)遷移銀

3、“電橋”主要由大量離散的銀顆粒組成的，銀顆粒分布主要集中在陶瓷基板組成顆粒邊界處。我們還提出了高溫干燥環(huán)境中燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移的可能性機(jī)理，認(rèn)為在高溫干燥環(huán)境中，氧取代了濕氣在常溫常濕環(huán)境中燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移過程中扮演的角色。本文定義燒結(jié)納米銀電極間漏電流首次到達(dá)1mA的時(shí)刻為其“失效壽命”，并研究了在高溫干燥環(huán)境中直流電壓、電極間距、溫度、絕緣基板類型以及電極材料組織結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移“失效壽命”的影響。研究發(fā)現(xiàn)，高溫干燥

4、環(huán)境中燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移的“失效壽命”隨著電極間電壓的降低，電極間距的增加，溫度的降低而增加，氮化鋁陶瓷基板表面的燒結(jié)納米銀的電化學(xué)遷移的“失效壽命”高于氧化鋁陶瓷基板表面。本文還對(duì)比研究了同等環(huán)境中，純銀電極和燒結(jié)納米銀電極電化學(xué)遷移的異同，研究發(fā)現(xiàn)純銀電極的電化學(xué)遷移“失效壽命”明顯高于燒結(jié)納米銀電極。此外，基于Arrhenius公式，修正并建立了在高溫干燥環(huán)境中考慮直流電壓，電極間距以及溫度等因素的燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移“失效壽命