使用溫度對金錫焊點的影響-深圳福英達
使用溫度對金錫焊點的影響-深圳福英達
在最近幾十年對可靠的高溫電子設備的需求迅速增長，主要集中在航空航天，功率電器，軍工設備等應用。這些高溫電子設備的使用對焊點的強度和穩(wěn)定性的有著極高的要求。碳化硅(SiC)是一種適應高溫的材料，通常被認為是首選的高溫應用半導體。Au-Sn固液互擴散(SLID)是一種能用于高溫鍵合的技術。該技術往往會用到共晶金錫錫膏，金錫錫膏能夠將芯片與基板在280℃或更高的溫度鍵合且焊點可靠性高。然而電子設備的使用溫度通常會對焊點帶來不同影響，因此金錫焊點的強度也需要進一步觀察。
Tollefsen等人在室溫，100°C，200°C和300°C下對四個Au-Sn SLID樣本組進行剪切力測試，每個樣本組包含六個樣本。剪切力測試條件是在基板上方施加110μm測試高度和10μm/s的測試速度。
圖1顯示了芯片剪切強度和使用溫度的關系。從圖中可以看出剪切強度與使用溫度呈現(xiàn)負相關關系。當使用溫度在100℃以下時，芯片剪切強度隨溫度升高下降幅度較小，從約140 MPa下降到約130 MPa。這是由于增加的熱能會在一定程度上降低化學結合能并導致芯片焊點出現(xiàn)熱軟化。然而，當使用溫度從100°C上升到200°C，芯片剪切強度顯著降低至60 MPa左右。在300°C時剪切強度繼續(xù)下降，降至20 MPa左右，低于室溫下剪切強度的15%。
圖1. 不同使用溫度下Au-Sn SLID樣品的芯片剪切強度。
下圖顯示了在室溫和300°C下剪切測試的Au-Sn SLID樣品斷裂表面。可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，斷裂模式由粘結型Au/Ni和內(nèi)聚型ζ相/SiC斷裂轉變?yōu)橐詢?nèi)聚型ζ相斷裂為主。這表明剪切強度的大幅度降低源于Au-Sn-SLID鍵的弱化。
圖2. 室溫和300℃下Au-Sn SLID樣品的斷裂表面。
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Tollefsen, T.A., L?vvik, O.M., Aasmundtveit, K. et al. (2013). Effect of Temperature on the Die Shear Strength of a Au-Sn SLID Bond. Metall Mater Trans A 44, 2914–2916.
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