一、信息

在半導體功率器件封裝中 ,PbSnAg軟焊料被廣泛用作芯片與基板間的粘結材料。從傳統的功率器件封裝結構來看 ,該焊料層處于器件導電、導熱的主要通道上 ,對器件的性能和可靠性起著至關重要的作用。但是在芯片粘結過程中由于焊料和各種工藝因素的影響 ,在焊料層中很容易形成空洞 , 并且在器件的服役過程中 , 由于熱應力的作用 ,焊料層的質量會發生退化 , 空洞增大 , 出現裂紋甚至是分層 ,從而降低了器件的導熱和導電性能 ,使一些電、熱參數出現漂移。

焊料層的質量對功率器件性能和可靠性的影響引起了工業界和學術界的廣泛關注。由于電阻和熱阻是反映器件性能的關鍵指標 , 也是反映貼片層質量的有效因素 , 因此熱阻的測試也是很多研究人員關心的問題，采用更高溫度敏感特性的 MOSFET 源漏極間寄生二極管的正向壓降來測量結溫和熱阻 ,分析功率器件焊料層中空洞面積的改變對器件電阻和熱阻的影響 ,可以有效實現這一點。

二、結論

對器件老化前后所測得的空洞面積、電阻和熱阻進行了對比 ,得到了空洞面積的變化與電阻和熱阻的關系 ,并根據熱阻曲線的斜率分析了器件封裝結構中各部位的散熱特性。結果表明 :隨著空洞面積的增大 ,器件的電阻和熱阻都呈線性趨勢的增長。同時測試也揭示了焊料層較多、較大的空洞以及分布較密的空洞都會對焊料層的退化起更大的作用。

三、低空洞方案

瑞士Besi目前開發了全球首款基于超聲錫焊的貼片設備，利用超聲破除焊料層表面的氧化膜，可以大幅降低空洞率，實現更好的貼片品質，這對于Mosfet和IGBT等功率器件具有重要意義，目前該技術已經成功導入到英飛凌等公司的產線。更有利的是，超聲錫焊無需成本高昂的焊片，僅需焊絲就可以實現高品質的貼片，不僅減少了焊片對準布放的環節，從而提升生產效率，還大幅降低了焊料的采購成本。

四、超聲優勢

隨著新能源汽車、光伏等產業發展，對貼片環節提出了無鉛化的要求，因此如何使用高溫無鉛焊料是業界的趨勢，但無鉛焊料，無論是Zn基焊料，還是SnSb5焊料，都極易氧化，表面氧化膜較為致密，這是進一步影響空洞率的關鍵因素，超聲錫焊的引入，大大提升了氧化膜破除的效率，因此可以提升電阻和熱阻性能，提升功率器件的可靠性。