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。

焊接电流有交流、直流和脉冲三种基本类型,相应的弧焊电源有交流弧焊电源、直流弧焊电源和脉冲弧焊电源三种类型。矩形波交流弧焊电源除了用于交流钨极氩弧焊外，还可应用于埋弧焊，甚至可代替直流弧焊电源用于碱性焊条的焊条电弧焊。直流弧焊发电机可用作各种弧焊方法的电源，也可由柴油机驱动用于没有电源的野外施工。

弧焊电源的介绍

脉冲弧焊电源适用于对热输入量比较敏感的高合金材料、薄板和全位置焊接。

交流弧焊电源包括工频交流弧焊电源和矩形波交流弧焊电源。工频交流弧焊电源又称弧焊变压器，它把电网的交流电变成适合于电弧焊的低电压交流电，它由变压器、调节装置和指示装置等组成弧焊变压器具有结构简单、易造易修、成本低、磁偏吹小、空载损耗小、噪声小等优点。

但其输出电流波形为正弦波，因此电弧稳定性较差，功率因数低，一般用于焊条电弧焊、埋弧焊和钨极惰性气体保护电弧焊等方法。

矩形波交流弧焊电源它是利用半导体控制技术来获得矩形波交流电流的。由于输出电流过零点时间短，电弧稳定性好，正负半波通电时间和电流比值可以自由调节，因此特别适合于铝及铝合金钨极氢弧焊。

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