前言
许多行业正在开发具有创新电子封装的新产品系列，这些封装需要更低的热阻和更高的温度稳定性，包括电动汽车、聚光光伏和宽带隙 RF 放大器。设计和制造中最大的障碍之一是器件的热管理。局部发热是这些器件中使用的半导体芯片的共同特征。
1芯片连接材
对于高功率应用，管芯粘接层的热阻在热管理和工作温度中起着重要作用。因此，人们希望使用最高的热导率和最低的热阻能够大批量生产的芯片连接材料。
2粘接互连
在典型的电子封装工艺中，芯片在被封装或密封到基板上并被电气连接。粘接互连为芯片提供了电信号流动、机械支撑和散热的基础。高性能功率半导体封装中使用的管芯粘接材料需要具有高热导率。铅焊料、共晶金锡、瞬时液相烧结(TLPS)浆料和纳米银烧结技术是用于功率半导体芯片连接的典型材料。将介绍一种使用热固性材料的新型芯片贴装材料。
3共晶金锡焊料
功率半导体封装制造商和电子器件供应商一直在寻找传统高 Pb 焊料芯片连接粘合剂的无铅替代品。铅焊料具有 30-50W/mK 的高导热率，并且已知的工艺在大批量生产中具有一些困难，例如空隙、粘结层控制以及需要还原气氛，例如合成气体。铅现在被归类为对人体和环境有害的物质，其产品计划在几年内被禁止。标准银环氧胶和导电胶(ECSS)是其他形式的管芯粘接胶，但是其导热性不足以用于功率器件。共晶金锡焊料(80Au20Sn)具有 57W/mK，但是它是高成本材料。目前，银烧结材料已成为电子器件的热门，因为它具有高热导率(150~250W/mK)的纳米银烧结。但是它需要高的粘合温度和压力。这使得键合结构变脆，并且由于高应力而限制了管芯尺寸。
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经济高效的解决方案
研究的新型银烧结材料由微米级银和有机聚合物组成。该技术通过使用聚合物成分的独特设计，克服了常规银环氧树脂、共晶金薄焊料和银烧结产品的所有限制。这种使用聚合物和微米级银的新的银烧结技术是替代功率器件用铅焊料的成本有效的解决方案，并且热性能几乎与纳米银烧结产品相同。应用程序与标准银环氧树脂相同，不需要新设备。这是一种经济高效的解决方案。
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银烧结材料
银烧结材料已经成为功率器件的有吸引力的替代材料，因为它们具有通过固态扩散或“银烧结”实现的高热导率。但是当采用银烧结技术时，通常需要高的结合温度和压力来实现高可靠性的连接。与焊接类似，银烧结技术需要背面金属化，因为扩散到裸硅的速度很慢。HSSP(混合银烧结产品)由微米级银和有机相组成。该技术通过使用聚合物成分的独特设计，克服了银烧结产品的局限性。与烧结银相比，独特的有机和聚合物组合物有助于在相对较低的温度下烧结银，并且在固化期间没有压力的情况下实现高达250W/mK的热导率。该聚合物能够粘附到各种表面、裸硅、金和银金属化芯片以及银和铜金属表面。HSSP胶粘剂的粘度与标准环氧树脂胶水相似，其应用是传统银环氧树脂粘接胶的替代品。
来源： 国际高性能材料展
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