第三代半導(dǎo)體材料主要包括以氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶Ⅲ族氮化物、以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶Ⅳ族化合物以及寬禁帶氧化物，具備擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、新能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。

　　2日上午，舉行的“碳化硅材料與器件分會(huì)” 來自日本大阪大學(xué)助理教授CHEN Chuantong分享了主題為SiC功率芯片貼片模組低應(yīng)力連接技術(shù)報(bào)告。

 

　　寬禁帶半導(dǎo)體器件，如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，由于其功率密度高，極端環(huán)境的高可靠性，和更高的集成度，為發(fā)展高功率電力電子系統(tǒng)提供了巨大的機(jī)會(huì)。此外，高溫SiC器件的發(fā)展，必須考慮電力電子模塊在高溫環(huán)境下(250攝氏度)的工作。

 

　　就此而言，常用的芯片鍵合的snag或sn-ag-cu合金，由于高溫下金屬界面形成的裂紋，故其對于高功率和高溫電力電子下應(yīng)用是不可靠。為了解決高溫下焊錫合金的日益嚴(yán)峻的可靠性問題，采用燒結(jié)銀(Ag)-作為粘接層受到越來越多的關(guān)注，這是由于其高導(dǎo)熱性、高熔點(diǎn)和優(yōu)良的電氣性能。

 

　　另一方面，由于功率模塊是由多層不同材料堆積而成的，這些材料具有不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)和楊氏模量，因此高溫下失配的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生和傳播。因?yàn)橐谱饕粋€(gè)較厚的(大于100微米)的燒結(jié)膏，會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)界面中累積大量應(yīng)力，所以低應(yīng)力粘接技術(shù)設(shè)計(jì)是必要的。

　　報(bào)告中表示，為SiC芯片的鍵合，研究了一種燒結(jié)微孔和鎢(W)薄膜的夾層結(jié)構(gòu)。芯片粘連層被設(shè)計(jì)為微孔Ag/鎢/微孔Ag以便增加粘連層厚度，從而實(shí)現(xiàn)低應(yīng)力的SiC功率模塊。Ag膏的厚度為0.1mm，而鎢的厚度分別為0.1mm和0.5mm。粘連層剪切強(qiáng)度高達(dá)60Mpa，1000次熱循環(huán)（-50-250 ℃）后仍然大于30MPa。此燒結(jié)技術(shù)最有希望應(yīng)用于高溫工作的低應(yīng)力的SiC功率模塊。（根據(jù)現(xiàn)場速記整理，如有出入敬請諒解！）