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SiC功率半导体接合部的自我修复现象,有望改善产品寿命
时间:2016/4/1 9:42:48

大阪大学和电装2016年3月28日宣布,在日本新能源及产业技术综合开发机构(NEDO)的项目下,发现了有望提高碳化硅(SiC)功率半导体长期可靠性的接合材料自我修复现象。研究人员发现,在高温的设备工作环境下,用作接合材料的银烧结材料自行修复了龟裂,这大大提高了SiC半导体在汽车等领域的应用可能性。

此次的SiC接合使用银膏烧结粘接法,该方法使用微米级和亚微米级的混合银颗粒膏,以250℃低温在空气环境实施30分钟接合工艺,获得了裸片粘接构造。与常见的使用纳米颗粒施加高压的接合方法相比有很多优点,包括容易操作;原料便宜;强度高于焊接,达到40MPa以上;热导率为焊接5倍以上,达到150W/mK以上;可实现无加压处理或1MPa以下低压处理。

此次在实验中制备了高密度烧结银颗粒的拉伸试验片,对其施加拉伸负荷形成了龟裂。然后,考虑到SiC功率半导体的工作温度,使该试验片在空气环境中保持200~300℃的温度,研究了龟裂前端的变化和拉伸强度的变化。结果发现,在200℃下经过50小时后,龟裂逐渐闭合,开始自我修复,而且,在300℃下再经过10小时后,龟裂出现更大范围的闭合,自我修复现象变得更为明显。另外,在100小时后,拉伸强度恢复到了与无龟裂的试验片同等的水平。

在电力转换器等应用了功率半导体的产品中,产生故障的主要原因就是接合部的剥离。以前NEDO曾在“实现低碳社会的新一代功率电子项目”(2009~2019年度)下,研发电气特性及热特性均比以往焊接材料出色的银烧结材料,但在实用化方面存在剥离寿命短的问题。而此次的发现找到了通过自我修复来解决剥离寿命问题的可能性。