前言
許多行業(yè)正在開發(fā)具有創(chuàng)新電子封裝的新產(chǎn)品系列，這些封裝需要更低的熱阻和更高的溫度穩(wěn)定性，包括電動汽車、聚光光伏和寬帶隙 RF 放大器。設計和制造中最大的障礙之一是器件的熱管理。局部發(fā)熱是這些器件中使用的半導體芯片的共同特征。
1芯片連接材
對于高功率應用，管芯粘接層的熱阻在熱管理和工作溫度中起著重要作用。因此，人們希望使用最高的熱導率和最低的熱阻能夠大批量生產(chǎn)的芯片連接材料。
2粘接互連
在典型的電子封裝工藝中，芯片在被封裝或密封到基板上并被電氣連接。粘接互連為芯片提供了電信號流動、機械支撐和散熱的基礎。高性能功率半導體封裝中使用的管芯粘接材料需要具有高熱導率。鉛焊料、共晶金錫、瞬時液相燒結(TLPS)漿料和納米銀燒結技術是用于功率半導體芯片連接的典型材料。將介紹一種使用熱固性材料的新型芯片貼裝材料。
3共晶金錫焊料
功率半導體封裝制造商和電子器件供應商一直在尋找傳統(tǒng)高 Pb 焊料芯片連接粘合劑的無鉛替代品。鉛焊料具有 30-50W/mK 的高導熱率，并且已知的工藝在大批量生產(chǎn)中具有一些困難，例如空隙、粘結層控制以及需要還原氣氛，例如合成氣體。鉛現(xiàn)在被歸類為對人體和環(huán)境有害的物質，其產(chǎn)品計劃在幾年內被禁止。標準銀環(huán)氧膠和導電膠(ECSS)是其他形式的管芯粘接膠，但是其導熱性不足以用于功率器件。共晶金錫焊料(80Au20Sn)具有 57W/mK，但是它是高成本材料。目前，銀燒結材料已成為電子器件的熱門，因為它具有高熱導率(150~250W/mK)的納米銀燒結。但是它需要高的粘合溫度和壓力。這使得鍵合結構變脆，并且由于高應力而限制了管芯尺寸。
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經(jīng)濟高效的解決方案
研究的新型銀燒結材料由微米級銀和有機聚合物組成。該技術通過使用聚合物成分的獨特設計，克服了常規(guī)銀環(huán)氧樹脂、共晶金薄焊料和銀燒結產(chǎn)品的所有限制。這種使用聚合物和微米級銀的新的銀燒結技術是替代功率器件用鉛焊料的成本有效的解決方案，并且熱性能幾乎與納米銀燒結產(chǎn)品相同。應用程序與標準銀環(huán)氧樹脂相同，不需要新設備。這是一種經(jīng)濟高效的解決方案。
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銀燒結材料
銀燒結材料已經(jīng)成為功率器件的有吸引力的替代材料，因為它們具有通過固態(tài)擴散或“銀燒結”實現(xiàn)的高熱導率。但是當采用銀燒結技術時，通常需要高的結合溫度和壓力來實現(xiàn)高可靠性的連接。與焊接類似，銀燒結技術需要背面金屬化，因為擴散到裸硅的速度很慢。HSSP(混合銀燒結產(chǎn)品)由微米級銀和有機相組成。該技術通過使用聚合物成分的獨特設計，克服了銀燒結產(chǎn)品的局限性。與燒結銀相比，獨特的有機和聚合物組合物有助于在相對較低的溫度下燒結銀，并且在固化期間沒有壓力的情況下實現(xiàn)高達250W/mK的熱導率。該聚合物能夠粘附到各種表面、裸硅、金和銀金屬化芯片以及銀和銅金屬表面。HSSP膠粘劑的粘度與標準環(huán)氧樹脂膠水相似，其應用是傳統(tǒng)銀環(huán)氧樹脂粘接膠的替代品。
來源： 國際高性能材料展
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