论文部分内容阅读
随着可高温应用的宽禁带半导体功率器件的发展,低温无铅烧结纳米银焊膏正逐渐取代传统焊料合金材料,作为能实现芯片级互连的新型连接材料,尤其是其应用于高温大功率器件封装中优势尤为明显。本文主要研究了纳米银焊膏在高温干燥环境中用于高功率电子器件封装时的电化学迁移失效行为,为提高纳米银焊膏封装高温大功率电子器件的可靠性设计及优化的提供理论指导。首先,本文研究了迁移银“电桥”的形成过程,发现迁移银“电桥”由负极向正极呈现树枝状不断生长。我们还研究了高温干燥环境中陶瓷基板表面烧结纳米银电化学迁移银“电桥”的显微组织,发现迁移银“电桥”主要由大量离散的银颗粒组成的,银颗粒分布主要集中在陶瓷基板组成颗粒边界处。我们还提出了高温干燥环境中烧结纳米银电化学迁移的可能性机理,认为在高温干燥环境中,氧取代了湿气在常温常湿环境中烧结纳米银电化学迁移过程中扮演的角色。本文定义烧结纳米银电极间漏电流首次到达1mA的时刻为其“失效寿命”,并研究了在高温干燥环境中直流电压、电极间距、温度、绝缘基板类型以及电极材料组织结构对烧结纳米银电化学迁移“失效寿命”的影响。研究发现,高温干燥环境中烧结纳米银电化学迁移的“失效寿命”随着电极间电压的降低,电极间距的增加,温度的降低而增加,氮化铝陶瓷基板表面的烧结纳米银的电化学迁移的“失效寿命”高于氧化铝陶瓷基板表面。本文还对比研究了同等环境中,纯银电极和烧结纳米银电极电化学迁移的异同,研究发现纯银电极的电化学迁移“失效寿命”明显高于烧结纳米银电极。此外,基于Arrhenius公式,修正并建立了在高温干燥环境中考虑直流电压,电极间距以及温度等因素的烧结纳米银电化学迁移“失效寿命”的半经验寿命预测模型,可较好的预测不同直流电压,电极间距和温度环境中的烧结纳米银电化学迁移“失效寿命”,并提出了高温干燥环境中缓解烧结纳米银电化学迁移的可能性措施。