銅復合材料功率外殼釬焊失效分析與改進

謝新根，程 凱，申艷艷，李 鑫

（中國電子科技集團公司第五十五研究所，南京 210016）

1 引言

隨著電子工業及航空和航天工業的迅速發展，對電子器件芯片焊接的可靠性要求越來越高。針對低頻、小功率產品的芯片粘接一般采用導電膠粘接、銀玻璃燒結和合金焊接等形式，但存在聚合物材料在高溫下容易分解、釋放氣體，造成內部氣氛含量過高等缺點[1]，而銦焊料和錫鉛焊料等合金焊料都是軟焊料，焊層有形成晶須和熱疲勞等可靠性問題，不適用于高頻、大功率及航天應用的器件[2]。采用共晶焊接的金錫、金硅、金鍺等焊料焊接具有導熱和導電性能好、無需助焊劑、工作壽命長、浸潤性優良、抗腐蝕及抗蠕變等優點[3]，不僅為芯片提供良好的機械連接和電連接，更為芯片提供了較好的散熱通道，同時為大功率器件的可靠性提供了保障，廣泛應用于光電子和微電子器件封裝中[4,5]。

銅復合材料功率外殼——本文主要指以銅-鉬-銅（CMC）、銅-鉬銅-銅（CPC）、銅-鎢銅-銅等作為熱沉材料、以金錫或金硅為芯片釬焊焊料的外殼——是雷達和移動通訊基站上發射機放大器的核心元器件，在軍民兩用領域都有大量的需求。無論是當前主流的硅LDMOS器件，還是下一代雷達或5G無線通訊基站中逐步占據主流的GaN器件都大量采用該類型外殼。該外殼市場容量大，然而多年來一直被日本和歐美企業壟斷，中興和華為等國內龍頭企業每年不得不花費數十億美元進口。近年來，外殼的國產化替代取得了較大的進展，然而外殼與芯片釬焊過程中失效情況時有發生，本文通過芯片焊接失效分析，找到引起失效的原因，并提出了相關的改進措施。……