微米級銅在高溫功率器件的應用-深圳福英達
微米級銅在高溫功率器件的應用-深圳福英達
功率電子產(chan) 品的應用已擴展到相當多的行業(ye) ，如汽車，航空航天和軍(jun) 事行業(ye) 。高功率電子設備需要能夠適應更高的使用溫度（>250°C），這大大增加了對設備材料的需求。瞬時液相（TLP）鍵合被認為(wei) 是製備高溫焊點的可靠技術，該技術允許在相對較低的溫度下進行焊接，同時產(chan) 生更高的焊接重熔溫度。然而TLP鍵合需要花費很長時間才能完全消耗低熔點金屬，且需要數小時的退火才能形成穩定的焊點。
Liu等人在Cu顆粒上鍍上Sn層。Cu顆粒的平均直徑為(wei) 6.2μm，Sn塗層的平均厚度約為(wei) 0.5μm。Cu顆粒隨後被做成由85wt%的顆粒和15wt%的萜品醇溶劑組成的焊料漿。將製備的帶有漿料的Cu–Cu焊點在空氣中在130°C下預熱3分鍾以蒸發溶劑，然後以1°C/s的速度連續加熱至300°C並在該溫度下加熱30s。整個(ge) 過程使用熱壓接合係統在10 MPa的外加壓力下進行。使用甲酸氣氛來還原Sn塗層和Cu基底上的氧化物層。
圖1. 瞬時液相燒結(TLPS)鍵合過程。
TLPS鍵合過程中，焊點開始先形成Cu6Sn5 IMC。隨著溫度升高超過210℃，Cu顆粒的鍍Sn層逐漸開始融化。當溫度繼續升高時，Sn開始大量消耗，Cu3Sn數量開始增加，而Cu6Sn5逐漸減少直至加熱至300℃後完全消失。在高溫應用環境下，焊點一般不含有熱不穩定的Cu6Sn5相。當焊點的成分位於(yu) Cu–Sn係統的富Cu區域時，Cu6Sn5傾(qing) 向於(yu) 轉變為(wei) Cu3Sn。
如圖2所示，在鍵合焊點的灰色區域，Cu與(yu) Sn的原子比為(wei) 3:1，均勻分布在灰色區域的黑色顆粒為(wei) Cu顆粒，這表明接合焊點中的Cu3Sn-IMC相中含有均勻分布的Cu顆粒。在300°C老化200小時後，兩(liang) 相混合物微觀結構的特征與(yu) 焊接後的結構幾乎一致，可以說明焊點在該溫度時熱力學基本維持穩定。重要的是，由於(yu) 微觀結構幾乎不變，焊點的強度隨著老化時間增加變化幅度很小。
圖2. TLPS焊點SEM圖。(c)300℃加熱60s (d)300℃老化200h後。
除了TLPS鍵合，傳(chuan) 統的無鉛錫膏依舊能用於(yu) 功率器件的焊接。深圳市福英達有著專(zhuan) 業(ye) 的高溫錫膏研發和生產(chan) 經驗，能夠為(wei) 客戶提供優(you) 質的金錫錫膏用於(yu) 高溫焊接需求。福英達金錫錫膏有著粘度穩定，殘留物少，焊點強度高等優(you) 點，歡迎客戶與(yu) 我們(men) 進行深入合作。
Liu, X.D., He, S.L. & Nishikawa, H. (2016). Thermally stable Cu3Sn/Cu composite joint for high-temperature power device. Scripta Materialia, vol.110, pp.101-104.
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