一、信息

在半导体功率器件封装中 ,PbSnAg软焊料被广泛用作芯片与基板间的粘结材料。从传统的功率器件封装结构来看 ,该焊料层处于器件导电、导热的主要通道上 ,对器件的性能和可靠性起着至关重要的作用。但是在芯片粘结过程中由于焊料和各种工艺因素的影响 ,在焊料层中很容易形成空洞 , 并且在器件的服役过程中 , 由于热应力的作用 ,焊料层的质量会发生退化 , 空洞增大 , 出现裂纹甚至是分层 ,从而降低了器件的导热和导电性能 ,使一些电、热参数出现漂移。

焊料层的质量对功率器件性能和可靠性的影响引起了工业界和学术界的广泛关注。由于电阻和热阻是反映器件性能的关键指标 , 也是反映贴片层质量的有效因素 , 因此热阻的测试也是很多研究人员关心的问题，采用更高温度敏感特性的 MOSFET 源漏极间寄生二极管的正向压降来测量结温和热阻 ,分析功率器件焊料层中空洞面积的改变对器件电阻和热阻的影响 ,可以有效实现这一点。

二、结论

对器件老化前后所测得的空洞面积、电阻和热阻进行了对比 ,得到了空洞面积的变化与电阻和热阻的关系 ,并根据热阻曲线的斜率分析了器件封装结构中各部位的散热特性。结果表明 :随着空洞面积的增大 ,器件的电阻和热阻都呈线性趋势的增长。同时测试也揭示了焊料层较多、较大的空洞以及分布较密的空洞都会对焊料层的退化起更大的作用。

三、低空洞方案

瑞士Besi目前开发了全球首款基于超声锡焊的贴片设备，利用超声破除焊料层表面的氧化膜，可以大幅降低空洞率，实现更好的贴片品质，这对于Mosfet和IGBT等功率器件具有重要意义，目前该技术已经成功导入到英飞凌等公司的产线。更有利的是，超声锡焊无需成本高昂的焊片，仅需焊丝就可以实现高品质的贴片，不仅减少了焊片对准布放的环节，从而提升生产效率，还大幅降低了焊料的采购成本。

四、超声优势

随着新能源汽车、光伏等产业发展，对贴片环节提出了无铅化的要求，因此如何使用高温无铅焊料是业界的趋势，但无铅焊料，无论是Zn基焊料，还是SnSb5焊料，都极易氧化，表面氧化膜较为致密，这是进一步影响空洞率的关键因素，超声锡焊的引入，大大提升了氧化膜破除的效率，因此可以提升电阻和热阻性能，提升功率器件的可靠性。