Mechanical and thermal properties of SiC : ceramics substrate interface

• Autorzy: Kisiel R. , Szczepański Z. , Firek P. , Guziewicz M. , Krajewski A.

Warianty tytułu

PL

Mechaniczne oraz cieplne właściwości połączenia między strukturą SiC a podłożem ceramicznym

• Konferencja: 35th International Microelectronics and Packaging IMAPS - IEEE CPMT Poland Conference ; 21-24.09. 2011 ; Gdańsk Sobieszewo, Poland
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, we present the realization of assembly of SiC samples to DBC substrate (Direct Bonding Copper Substrate with 200 µm Gu metallization Au covered] by low-temperature sintering of micro scale Ag powder. In the preliminary experiments DBC test samples size 3 × 3 mm (in place of SiC die) were assembled to DBC substrate size 10 × 10 mm using following methods: a) sintering by Ag powder with Ag microparticles in air by applying temperature and pressure, b) sintering by Ag powder with Ag microparticles using temperature, pressure and high vacuum. Methods "a" and "b" permit to obtain very good adhesion range 8...10 MPa after sintering. However after ageing test at temperature 350°C in air the adhesion fall down dramatically. By increasing sintering temperature up to 500...550°C and sintering in vacuum range 1.3 Pa the adhesion is satisfactory. The results of these experiments will be presented in paper.

PL

W artykule zaprezentowano proces realizacji montażu struktur SiC do podłoży DBC (ceramiki alundowej dwustronnie pokrytej warstwą Cu o grubości 200 µm) przy zastosowaniu niskotemperaturowego zgrzewania mikroproszkiem Ag. W badaniach wstępnych, zamiast struktur SiC zastosowano struktury DBC o wymiarach 3 × 3 mm montowane do podłoża DBC 10 × 10 mm (obie łączone części miary metalizację Au). W montażu wykorzystano mikroproszki Ag, a łączenie wykonywano przez: wygrzewanie w powietrzu pod naciskiem oraz przez wygrzewanie w próżni pod naciskiem. W obu metodach uzyskano dobrą adhezję tuż po łączeniu (z zakresu 8...10 MPa). Przeprowadzone próby starzeniowe w temperaturze 350°C wskazały, że adhezja próbek łączonych w powietrzu dramatycznie spada po 24 godzinach wygrzewania Natomiast adhezja próbek łączonych pod naciskiem w próżni 1.3 Pa w temperaturach z zakresu 500...550°C po procesach starzeniowych wtemperaturze 350°C przez kilkaset godzin jest dobra (powyżej 10 MPa).

Słowa kluczowe

EN

packaging technology; SiC die bonding; low temperature sintering; silver microparticles

PL

technologie montażu i hermetyzacji; montaż struktur SiC; zgrzewanie niskotemperaturowe; mikroproszki Ag

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 1
• Strony: 48--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Kisiel R.

autor

Szczepański Z.

autor

Firek P.

autor

Guziewicz M.

autor

Krajewski A.

• Warsaw University of Technology, Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw

Bibliografia

• [1] Rudzki J., R Eisek: Low Temperature Joining Technique for Better Reliability of Power Electronic Modules. Mictrotherm 2007, pp. 159-166.
• [2] Dun-ji Yu, Xu Chen et. al: Applying Anand model to low temperature sintered nanoscale silver paste chip attachment. Materials and Design. 3D (2009), pp. 45'74-45'79.
• [3] John Guofeng Bai, Jian Yin et. al: High Temperature Operation of SiC Power Devices by Low Temperature Sintered Silver Die-Attachment. IEEE Transactions on Advanced Packaging. Vol. 30. No 3 August 2007, pp. 506-509.
• [4] John G. Boi Jesus N. Calato, Gou Quan: Processing and Characterization of Nanosilver Pastes for Die Attaching SiC Devices. IEEE Transactions on Electronic Packaging Nanofacturing. Vol. 30, No. 4, October 2009, pp. 241-245.
• [5] Tsuashi Fundki, Juan Carlos Bonda et. al: Power Conversion with SiC Devices at Extremely High Ambient Temperatures. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 22, No. 4, July 2007, pp. 1321-1329.
• [6] Pugi Ning, Thomas Guangyin Lei et. al: A Novel High Temperatures Planar Package for SiC Multichip Phase-Leg Power Module. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 25, No. 8, August 2010, pp. 2059-2067.
• [7] Fenggum Lang, Yusuke Hayashi et. al: Novel Three Dimensional Packaging Method for AI Metalized SiC power Devices. IEEE Transactions on Advanced Packaging. Vol. 32, No. 4, November 2009, pp. 773-779.
• [8] Fenggum Lang, Yusuke Hayashi et. al: Joint Reliability of Double Side Package SiC Power Devices to DBC Substrate with High Temperature Solders. Proceedings of 10th Electronics Packaging Technology Conference. 2008, pp. 897-902.
• [9] Fenggum Lang, Satashi Tanimato et. al: Long-Term Joint Reliability of SiC Power Devices at 330°C. Proceedings of European Microelectronics and Packaging Technologies. June 2009, pp. 1-5.
• [10] Klein M., H. Opperman, R. Kalicki, H. Reichl: Single Chip Bumping and Reliability for Chip Process. Microelectronics Reliability. Vol. 39, No. 9, 1999, pp. 1389-1397.
• [11] Szczepański Z., R. Kisiel: SiC Substrate Connections for High Temperature Applications. XXXII International Conference of IMAPS-CPMT IEEE Poland, September 2008.
• [12] Szczepański Z., R. Kisiel: Packaging Technologies for SiC Power Devices. XXXIV International Conference of IMAPS-CPMT IEEE Poland. September 2010.
• [13] Kisiel R., M. Guziewicz, Z. Szczepański: An Overview of Materials and Bonding Techniques for Inner Connections in SiC High Power and High Temperature Devices. 33rd International Spring Seminar on Electronics Technology ISSE'2010. Warszawa May 2010.
• [14] Rudzki J., Hinken R., Poech H.: Thermal Impedance Test Method for Detecting Packaging Failures in Silver Sintering Technology. Official Proceedings MicroTherm 2011, Łódź, Poland, ISBN 978-83-932197-0-4 pp. 217-222.