鹽霧環(huán)境中燒結(jié)納米銀互連材料的電化學(xué)遷移失效機(jī)理及抑制研究.pdf

1、納米銀焊膏作為一種新型無(wú)鉛化芯片互連材料，具有良好的機(jī)械性能、導(dǎo)電性能以及導(dǎo)熱性能，可滿足大功率電力電子半導(dǎo)體器件的高溫、高密度封裝要求。隨著具有高頻、高溫應(yīng)用特性的第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，歐洲電力電子行業(yè)正大力推廣這種新型無(wú)鉛互連材料。由于其大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的連接工藝及裝置，且性能優(yōu)異，正逐漸取代傳統(tǒng)焊料合金，成為未來(lái)第三代半導(dǎo)體器件高密度、高溫封裝的關(guān)鍵互連材料之一。本文主要研究鹽霧環(huán)境中燒結(jié)納米銀的電化學(xué)遷移失效行為、機(jī)理

2、及抑制措施，可為在臨海和海洋環(huán)境中應(yīng)用的電力電子器件的封裝可靠性設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵的理論依據(jù)，具有重要的意義。本文對(duì)燒結(jié)納米銀在環(huán)境雜質(zhì)“氯”中的電化學(xué)遷移行為的研究主要采用了薄液膜法。本方法有助于燒結(jié)納米銀電極的陽(yáng)極、陰極與液膜的接觸面積恒定，可很好保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的重復(fù)性。通過(guò)原位觀測(cè)電化學(xué)遷移過(guò)程，發(fā)現(xiàn)薄液膜法可以使得較水滴實(shí)驗(yàn)法中的反射光圈小，同時(shí)有利于獲得pH分布，沉淀形成，樹(shù)枝生長(zhǎng)過(guò)程等高質(zhì)量的微觀圖像信息。
　　本文通

3、過(guò)定義銀樹(shù)枝橋接電極對(duì)的時(shí)間為短路時(shí)間，主要研究了不同氯濃度對(duì)燒結(jié)納米銀電化學(xué)遷移的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氯濃度的增加，電極反應(yīng)加快，同一時(shí)間陽(yáng)極生成沉淀數(shù)量增多，陰極產(chǎn)生的氣體增多。在較低氯濃度下，由于陰陽(yáng)極反應(yīng)速率的加快，銀離子遷移與沉積形成樹(shù)枝的過(guò)程加快，于是短路時(shí)間相比在水薄膜條件下較短；而在較高濃度下，由于陽(yáng)極表面形成氯化銀和氧化銀沉淀，對(duì)陽(yáng)極溶解起阻礙作用，短路時(shí)間因此而增加；而在高濃度下，陽(yáng)極表面形成大量沉淀，陽(yáng)極的溶解被抑

4、制，于是未形成銀樹(shù)枝，電化學(xué)遷移行為沒(méi)有出現(xiàn)。遷移產(chǎn)物的形貌主要有兩種，低氯濃度下，出現(xiàn)兩種遷移產(chǎn)物，一種為銀樹(shù)枝，一種為云層狀結(jié)構(gòu)；較高氯濃度下，只有銀樹(shù)枝出現(xiàn)；而高氯濃度下，沒(méi)有遷移產(chǎn)物出現(xiàn)。此外，開(kāi)展了抑制銀遷移的措施探索研究，包括高溫干燥環(huán)境因素和惰性氣體環(huán)境因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，純N2條件下，高溫銀遷移現(xiàn)象未出現(xiàn)，進(jìn)一步說(shuō)明O2是參與銀遷移的重要成分。在功率電子封裝中，這為說(shuō)明排除環(huán)境O2對(duì)提高燒結(jié)納米銀的可靠性提供重要依據(jù)。