第三代半导体材料主要包括以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带Ⅲ族氮化物、以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带Ⅳ族化合物以及宽禁带氧化物,具备击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能,是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”,在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景,正在成为全球半导体产业新的战略高地。
2日上午,举行的“碳化硅材料与器件分会” 来自日本大阪大学助理教授CHEN Chuantong分享了主题为SiC功率芯片贴片模组低应力连接技术报告。
宽禁带半导体器件,如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN),由于其功率密度高,极端环境的高可靠性,和更高的集成度,为发展高功率电力电子系统提供了巨大的机会。此外,高温SiC器件的发展,必须考虑电力电子模块在高温环境下(250摄氏度)的工作。
就此而言,常用的芯片键合的snag或sn-ag-cu合金,由于高温下金属界面形成的裂纹,故其对于高功率和高温电力电子下应用是不可靠。为了解决高温下焊锡合金的日益严峻的可靠性问题,采用烧结银(Ag)-作为粘接层受到越来越多的关注,这是由于其高导热性、高熔点和优良的电气性能。
另一方面,由于功率模块是由多层不同材料堆积而成的,这些材料具有不同的热膨胀系数(CTE)和杨氏模量,因此高温下失配的热膨胀系数而产生的热应力会导致缺陷的产生和传播。因为要制作一个较厚的(大于100微米)的烧结膏,会导致粘结界面中累积大量应力,所以低应力粘接技术设计是必要的。
报告中表示,为SiC芯片的键合,研究了一种烧结微孔和钨(W)薄膜的夹层结构。芯片粘连层被设计为微孔Ag/钨/微孔Ag以便增加粘连层厚度,从而实现低应力的SiC功率模块。Ag膏的厚度为0.1mm,而钨的厚度分别为0.1mm和0.5mm。粘连层剪切强度高达60Mpa,1000次热循环(-50-250 ℃)后仍然大于30MPa。此烧结技术最有希望应用于高温工作的低应力的SiC功率模块。(根据现场速记整理,如有出入敬请谅解!)