SiC die-substrate connections for high temperature applications

• Autorzy: Szczepański Z. , Kisiel R.

Warianty tytułu

PL

Techniki montażu struktur SiC do podłoża dla zastosowań wysokotemperaturowych

• Konferencja: International Conference of IMAPS - CPMP IEEE (32 ; 2008 ; Pułtusk, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Silicon carbide (SiC) became very attractive material for high temperature and high power electronics applications due to its physical properties, which are not attainable in conventional Si semiconductor. However, the reliability of SiC devices is limited by assembly processes comprising die attachment and interconnections technology as well as the stability of ohmic contacts at high temperatures. The investigations of a die to substrate connection methods which can fulfill high temperature and high power requirements are the main focuses of the paper. In our researches following die attach technologies were applied: adhesive bonding with the use of organic and inorganic conductive compositions, solder bonding by means of gold germanium alloys, die bonding with the use of thermal conductive adhesive foil and joining technology based on low temperature sintering of silver nanoparticles. The applied bonding technologies are described and obtained results are presented.

PL

Z pośród półprzewodników szerokopasmowych węglik krzemu (SiC) stał się najbardziej obiecującym materiałem dla przyrządów mocy pracujących w wysokich temperaturach. Jest on obiektem szczególnego zastosowania wszędzie tam, gdzie wymaganiom wysokotemperaturowym nie może sprostać Si. Niezawodność przyrządów z SiC w wysokich temperaturach jest ograniczona przez procesy montażu obejmujące montaż struktur do podłoża, wykonywanie połączeń elektrycznych oraz przez brak stabilności wysokotemperaturowej kontaktów omowych. Główna uwaga w tym artykule została zwrócona na problemy związane z montażem nieobudowanych struktur SiC do podłoża. Dokonano przeglądu różnych technologii montażu struktur SiC do podłoża z ceramiki alundowej, które mogą spełniać wymagania pracy w wysokich temperaturach. W badaniach wykorzystano następujące techniki montażu: klejenie kompozycjami organicznymi lub nieorganicznymi, lutowanie lutami Au-Ge, klejenie przy zastosowaniu adhezyjnej folii ceramicznej oraz spiekanie niskotemperaturowe za pomocą pasty utworzonej z nanocząsteczek srebra. We wnioskach dokonano oceny analizowanych technik montażu w oparciu o wyniki uzyskane w badaniach własnych.

Słowa kluczowe

EN

SiC; die bonding

PL

SiC; montaż struktur

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 37, nr 1
• Strony: 99--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Szczepański Z.

autor

Kisiel R.

• Institute of Microelectronics and Optoelectronics Warsaw University of Technology, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• [1] Tsuyoshi F., Balda J. C. et al.: Power conversion with SiC devices at extremly high ambient temperature, IEEE Transaction on Power Electronics, 22, (2007), 1321-1328
• [2] Kirschman R.: High temperature electronics. The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., New York 1999
• [3] Ray B., Spyker L.: High temperature design and testing of a DC power converter with Si and SiC devices, Proc. of 39 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Seattle, October (2004), 33-35
• [4] Slater L.A., Lipkin G.M. et al.: High temperature enhancement-mode NMOS and CMOS Devices and circuits in 6H-SJC, 53rd Devices Research Confer. June, (1995), 100-104
• [5] Vanam K., Barlow R, Elshabini A.: High temperature SiC packaging for power electronics applications, Proc. of XXXI Confer. IMAPS-Poland. Krasiczyn, Sept. (2007), 111-117
• [6] Kassamakova L., Kakanakov R. et al.: Thermostable ohmic contacts on p-type SiC, Materials Forum, 264-268, (1998), 787-780
• [7] Johnson R., Palmer M., Vang C.: Packaging materials and approaches for high temperatures SiC power devices, Advances Microelectronics, 31,1, (2004), 8-11
• [8] Cappola L., Huff D. et al.: Survey on high temperature packaging materials for SiC based power electronics modules, IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC2007, 17-21 June (2207), 2234-2239
• [9] Gottfried K., Fritsche H., Elshabini A.: High temperature stable metallization scheme SiC technology operating at 400°C, Materials Science Forum, 264-268, (1998), 795-798
• [10] Szmidt J., Kisiel R., Szczepański Z.: Ohmic contacts and interconnections for high temperatures SiC devices, Proc. of XXX Int.. Conf.. IMAPS-Poland, Kraków, (2006), 111-117
• [11] Rogers T.: Consideration of anodic bonding of capacitive type silicon-glass sensor fabrication. J. of Micromechanics and Microengn., 2, (1992), 164-169
• [12] Meyyappan K., Me Cuskey P., Chen L.Y.: Thermomechanical analysis of gold-based SiC die- attach assembly, IEEE Trans, on Devices and Materials Reliability, 12, (2003), 152-158
• [13] Me Cluskey P. et al.: Reliability of high temperature solder alternatives, High Temperature Electronics Conference, HITEC 2006, 225-229
• [14] Technical Data Sheet EPOTEK P-1011. Rev II, 7/97
• [15] Razon E.: Silver glass die attach, Hybrid Circuit Technology, 12, (1989), 22-28
• [16] Technical Data Sheet Loctite : Hysol QMJ 3555R. September 2003
• [17] Zhang Z.: Processing and characterization of micro-scale and nanoscale silver paste for power semiconductor devices attachment, PhD Dissertation, Virginia. Tech. 2005
• [18] Lu G.Q., Calata J.N. et al.: A lead-free low temperature sintering die attach technique for high temperature packaging, IEEE CPMT Conf., June 2004, 42-46
• [19] Guofeng J., Yin J. et al.: High temperature operation of SiC power devices by low-temperature sintered silver die-attachment, IEEE Trans, of Advanced Packaging, 30, (2007), 506-509
• [20] Rudzki J., Eisele R.: Low temperature joining technique for better reliability of power electronics modules, Internal. Conf. Microterm, Łódź, (2007), 159-166