Problemy montażu struktur SiC stosowanych w elektronice wysokich temperatur i dużych mocy

• Autorzy: Szczepański Z. , Kisiel R.

Warianty tytułu

EN

Assembly aspects of SiC devices for high frequency and high power applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Materiały półprzewodnikowe z szeroką przerwą zabronioną posiadają wiele zalet fizycznych, które stwarzają nowe możliwości ich zastosowania w elektronice wysokotemperaturowej i wysokomocowej. Z pośród półprzewodnikowych materiałów szerokopasmowych węglik krzemu stał się najbardziej obiecującym i odpowiednim materiałem dla przyrządów mocy pracujących w wysokich temperaturach. Węglik krzemu jest materiałem najszerzej badanym i najintensywniej rozwijanym i obecnie przyrządy wytwarzane na bazie SiC stały się handlowo dostępne do zastosowań wysokotemperaturowych i wysokomocowych. Niezawodność takich przyrządów jest ograniczona zarówno przez stabilność wysokotemperaturową kontaktów omowych jak i procesy montażu obejmujące zarówno montaż struktur jak i wykonywanie połączeń. Główna uwaga w tym artykule została zwrócona na problemy związane z montażem nieobudowanych struktur SiC oraz materiały spełniające stawiane im wymagania wysokotemperaturowe i wysokomocowe. Dokonano przeglądu różnych technologii montażu do zastosowań wysokotemperaturowych oraz opisano procesy montażu stosowane w badaniach własnych. Opisano także kilka wybranych materiałów na podłoża układów, do łączenia struktur oraz na obudowy, które są najodpowiedniejsze do zastosowań wysokotemperaturowych.

EN

Wide bandgap semiconductors have many physical advantages which create their new possibilities for high power and high temperatures applications. From among these materials silicon carbide became the most promising and suitable material for power devices operating at high temperatures. Silicon carbide is the most researched and developed material and therefore power devices based on SiC are now becoming commercially available for high temperature and high power electronic. The reliability of these devices is limited as well by the stability of ohmic contacts at high temperature and assembly processes comprising die attach and interconnections technology. The main attention in this paper is focused on SiC bare die assembly and materials which fulfill high temperatura and high power requirements. There will be described assembly processes used in own researches and made a survey of die attachment processes which fulfill temperatures demands. Also this paper presents a selection of materials for power devices including substrates, packages and bonding materials which are potentially suitable in high temperatures applications. The results of own researches will also be presented

Słowa kluczowe

PL

półprzewodniki szerokopasmowe; węglik krzemu; technologie montażu; niedopasowanie termiczne

EN

wide bandgap semicondactors; silicon carbide; die attach; wire bonding; thermal mismatch

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 49, nr 7-8
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz. il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szczepański Z.

autor

Kisiel R.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Bibliografia

• [1] Tsuyoshi Funaki, Juan Carlos Balba, et al.: Power Conversion with SiC Devices at Extremely High Ambient Temperature. IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 22, no 4, July 2007, pp. 1321-1328.
• [2] Friedrichs P.: SiC Power Devices-Recent and Upcoming Developments. IEEE ISIE Montreal, July 2006, pp. 993-997.
• [3] Vanan K., Barlow F.: High Temperature SiC Packaging for Power Electronics Applications. Proc. of XXXI Conf. IMAPS-Poland. Krasiczyn. Sept. 2007, pp. 111-117.
• [4] Cappola L., Huff D. et al.: Survey on High Temperature Packaging Materials for SiC Based Power Electronics Modules. Proc. of IEEE 2007, pp. 2234-2240.
• [5] Kirschman R.: High Temperature Electronics. The Institute of Electrical and Electronics Engneers Inc. New York 1999.
• [6] Gottfried K., Fritsche H. et al.: A High Temperature Stable Metalization Scheme for SiC Technology Operating at 400ºC. Materials Science Forum, vols. 264-268, 1998, pp. 795-798.
• [7] Szmidt J., Kisiel R., Szczepański Z.: Ohmic Contacts and Interconnections for HighTemperatures SiC Devices. Proc. of XXX Intern. Confer. IMAPS-Poland. Kraków 2006. pp. 111-117.
• [8] Mustain H. A., LostetterA. B., Brown W. D.: Evaluation of Gold and Aluminium Wire Bond Performance for High Temperature Silicon Carbide Power Modules. Electronic Components and Technology, ECTC May 2005, pp.1623-1628.
• [9] Mularidharan T. H., Tiegs T. N.: Composite Die- Attach Materials for High Temperature Packaging Applications. High Temperature Electronic Conference, HITEC 2006, pp. 224-228.
• [10] Johnson R., Palmer M., Vang C., Liu J.: Packaging Materials and Approaches for High Temperatures SiC Power Devices. Advances Microelectronics, vol. 31, no. 1. Jan. 2004, pp. 8-11.
• [11] http://www.fsrm/ch/doc/c11.phh.lan.=e/course:wafer bonding.
• [12] Rogers T.: Consideration of Anodic Bonding of Capacitive Type Silicon-Glass Sensor Fabrication. Journal of Micromechanics and Microengineering, no. 2, 1992, pp. 164-169.
• [13] Razon E.: Silver Glas Die Attach. Hybrid Circuit Technology. December 1989, pp. 22-28.
• [14] Technical Data Sheet. Hysol QMI 3555 R, September 2003.
• [15] Ukita Y, Tateyama K. et al.: Lead Free Die Mount Adhesive Using Silver Nanoparticles Applied to Power Discrete Package. Advancing Microelectronics Journal, vol. 32, Sept. 2005, pp. 8-11.
• [16] Rudzki J., Eisele R.: Low Temperature Joining Technique for Better Reliability of Power Electronic Modules. Proc. of Microtherm 2007, Łódź, pp. 159-166.
• [17] Hang Z.: Processing and Characterization of Micro- Scale Silver Paste for Power Semiconductors Devices Attachment. PhD Dissertation, Virginia Tech 2005.
• [18] Bai J. G., Yin J. at 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.