面向功率电子器件用高温焊点力学性能研究开题报告

全文总字数：4555字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着功率电子器件产业的不断发展，航空、航空航天、核能和汽车等行业迫切需要高温电子器件^[1-3]。同时，第四代半导体具有功耗低、导热系数高的特点，元件的焊点需要在高达300℃的恶劣环境中连续工作^[4]。瞬时液相烧结连接（tlps）技术可在相对低温下互连，并且制备出耐高温焊点，具有极大的发展潜力。液相烧结是在主体粉末固相线以下借助液相而实现粉末致密的烧结技术。在瞬时液相烧结的过程中，所添加的低熔点合金在较低温度下熔化形成液相，促进颗粒的重排，并作为元素扩散的通道。瞬时液相烧结的完成过程取决于液相形成前后基体相和添加相的相互作用^[5]。这种相互作用不仅仅取决于材料类型，而且取决于工艺参数^[6]。瞬时液相烧结连接是一种正在进行广泛研究和开发的一项技术，可以提高在高温下工作的电子组件和焊点的可靠性。这种瞬时液相烧结连接通常在真空或惰性气体中进行，例如在氮气或者氩气，450℃的情况下，大部分在300℃的情况下进行^[7]。

瞬时液相烧结技术是一种新型的功率器件模具连接方法,由于其具有高的再熔温度、高的热导率、低的机械应力和高的屈服强度等特性。此外，它可以在较低的温度下加工，并在相对较高的温度下保持稳定。对于温度敏感的材料来说，这一点很重要，因为它们的微观结构会被过多的热能输入所破坏，因此必须在较低的工艺温度下连接起来^[8]。

然而，将低熔点金属完全消耗需要一个十分长久的过程，通常需要几十分钟，这将导致热应力增加并且严重影响所形成的焊点的可靠性^[9]。为了解决这些问题，选用什么样的材料，形成什么样的接头，以及焊点的机械性能，成为了全世界的研究对象。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以cu和in为原材料，采用瞬时液相烧结技术来制备焊点。

材料表征：通过sem、xrd、拉伸机等分析测试仪器，来表征焊点的相和力学性能。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照技术方案，研究tlps制备高温铜基焊点的工艺参数；

第7-10周：调研无铅耐高温焊点的界面组织表征的研究，探索界面组织与力学性能的关联；

4. 参考文献（12篇以上）

1. jung, d.h., sharma, a. jung, j.p. a review of soft errors and the low α-solder bumping process in 3-d packaging technology. j mater sci 53, 47–65 (2018).

2. liu, s., xue, s., xue, p. et al. present status of sn–zn lead-free solders bearing alloying elements. j mater sci: mater electron 26, 4389–4411 (2015).

3. du, y., li, c., huang, b., tang, m. and du, c. (2015), "research and prospect of binary high-temperature pb-free solders", soldering surface mount technology, vol. 27 no. 1, pp. 7-12.

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