半导体焊接为什还用高铅

对于功率半导体器件，芯片焊接材料必须在这些器件工作的较高温度下能够保持可靠焊接，同时为工作中的器件提供一个高导热的散热路径。如果芯片粘接材料能够承受比高铅焊料更高的工作温度，这将意味着它在宽禁带半导体器件如SiC功率二极管和晶体管应用中会有优势。由于更高的热导率、更高的击穿电压和更高的饱和载流子速度，SiC器件的功率密度可以实现大幅度增长。更宽禁带的SiC允许更高的结温，而不影响性能[1]。高铅焊料的传统冶金替代品如金锡共晶合金，有较高的作业温度，超过了半导体可以容忍的性能不退化温度；另一种替代品为填银的环氧树脂，但是这种环氧树脂又存在热导率不够的问题，不能保持芯片以最高效率工作所需的温度[1,2]。纳米颗粒具有较高的表面活性，这意味着将会有比块状银熔点961.8 ℃更低的熔点（图1），例如2.4 nm银子熔点为350 ℃[3]。这样的粒子外层在较低的温度下有类似于熔融状态的移动性，使它们在远低于传统的银粉烧结所需温度下，通过润湿和扩散彼此结合或与其他兼容材料相结合。虽然烧结过程中施加外部压力增加了粒子的接触面积，但是在纳米银粒子烧结中这并不是必须的。即使温度低于回流高铅焊料的温度，银表面的移动原子所产生的毛细管作用力也足以保证相邻粒子接触的润湿力。由于银比焊料具有更高的强度，实现本应用中所需的强度不要求高密度银。事实上，多孔结构较低的d性模量有利于减小热循环过程中由于热膨胀系数差异产生的芯片应力。当正确配制时，基于纳米银粒子的焊膏可在高铅焊料所要求的类似温度和更低的温度范围内形成可靠焊点。纳米银将高活性的纳米银粒子递送到焊接区域，并使其结合形成一个满足电气和热导率要求的结构强健的焊点，还是有许多挑战的。

因为活性焊料其实指的是添加了活性剂的焊料，更有利于焊接；活性焊料中的活性剂是为提升焊料在焊接过程中的辅热传导，去除氧化，降低被焊接材质表面张力，去除被焊接材质表面油污，增大焊接面积。

用真空中频炉熔炼，铸锭经均匀化退火后可冷加工成板材、片材和丝材。

化学成分

Ag%：72±1.0%，剩余为Cu，当制成板材时一般标示为BAgCu28.

AgCu28合金钎料

银基钎料是目前应用最广泛的硬钎料，它们熔点适中，导电性能良好，塑性较高，具有高焊接强度、高导热性及高的软化温度，在各种介质中耐蚀性也较好。在器件钎焊时大量采用，尤其在600-1100℃温度范围内，银钎料为优选钎料。

银基钎料中最常用的当属共晶型Ag72Cu28合金钎料。该银铜合金熔点为780℃，不仅具有优良的工艺性能，如适宜的熔点、良好的润湿性、填缝能力强等，且焊接质量高，能够形成高强度、高导电性及耐腐蚀的钎焊接头，作为一种填充材料广泛应用于电真空器件的焊接，用于钎焊低碳钢、不锈钢、高温合金、铜及铜合金、可伐合金及难熔合金。

---