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?qū)⑿酒c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(jié)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(jié)型Au/Ni和內(nèi)聚型ζ相/SiC斷裂轉(zhuǎn)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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