晶體管封裝用陶瓷金屬化層的制備與性能研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體器件和電子制造業(yè)的發(fā)展，人們對半導(dǎo)體晶體管的性能和可靠性都有了更高的要求，半導(dǎo)體器件的封裝也越來越受到重視。盡管電子封裝技術(shù)及材料整體向小型化、高性能、高可靠性和低成本的方向發(fā)展，但是在部分軍用及航空航天用晶體管的生產(chǎn)中，金屬封裝仍被視為保證器件氣密性的最佳選擇。國內(nèi)生產(chǎn)的金屬管殼，在陶瓷絕緣子和引線的封接處容易出現(xiàn)氣密性問題，影響了晶體管封裝的可靠性。因此，研究和設(shè)計(jì)金屬化配方及燒結(jié)工藝，制備出致密、封接性能好的金屬化層，改

2、善氧化鋁陶瓷金屬化工藝，對于國內(nèi)半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大意義。
　　本課題利用活化鉬錳法在氧化鋁陶瓷上制備金屬化層，并對金屬化層的相組成、微觀組織、結(jié)合界面、抗拉強(qiáng)度等性能進(jìn)行研究，通過改變鉬粉配比，確定金屬化膏劑的基本體系，并對其燒結(jié)工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過添加活化劑氧化物BaO和ZrO2，研究活化劑添加量對金屬化層性能的影響，并對其活化機(jī)理進(jìn)行分析。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃粉中SiO2、MnO和Al2O3的質(zhì)量比為50∶3

3、5∶15時(shí)，高溫?zé)Y(jié)時(shí)可以生成較好的玻璃相，不會析出MnAl2O4、 Mn2SiO4和MnSiO3等晶體。金屬化層的性能與膏劑配方和燒結(jié)溫度有關(guān)，鉬粉含量為75 wt.％、燒結(jié)溫度為1400℃下制備的金屬化層性能最好，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到106MPa。配方中鉬粉含量過低時(shí)，金屬化層中含有過多的玻璃相，影響焊料對金屬化層的鋪展?jié)櫇?，金屬化層的抗拉?qiáng)度下降，鉬粉含量過高時(shí)，玻璃相形成和遷移的太少，金屬化層中存在較多氣孔而不致密，也會降低封接后抗

4、拉強(qiáng)度;提高燒結(jié)溫度可以促進(jìn)玻璃相的形成和遷移，制備出更致密的金屬化層，陶瓷和金屬化層的結(jié)合也更緊密，金屬化層的抗拉強(qiáng)度較高，但燒結(jié)溫度過高時(shí)，過多的玻璃相遷移到表面并影響焊料的鋪展?jié)櫇?，金屬化層的抗拉?qiáng)度降低。
　　金屬化配方中加入BaO和ZrO2都具有改善金屬化層性能的作用，在M3配方中添加BaO的量為1.5 wt.％時(shí)，活化效果最好，金屬化層的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到138MPa; ZrO2的添加量為0.5 wt.％時(shí)效果最好，金屬

5、化層的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了121MPa。但二者的活化機(jī)制是有區(qū)別的，BaO是通過降低金屬化層中玻璃相的黏度，促進(jìn)玻璃相在陶瓷和金屬化層中互相擴(kuò)散遷移，來達(dá)到改善金屬化層性能的目的，添加量較少時(shí)，制備出的金屬化層更加致密，陶瓷和金屬化層結(jié)合的更緊密，金屬化層的抗拉強(qiáng)度提高，添加量過多時(shí)，金屬化層中過多的玻璃相不利于焊料的鋪展?jié)櫇?，降低封接后的抗拉?qiáng)度;ZrO2則是通過提高玻璃相的強(qiáng)度來改善金屬化層的性能，提高金屬化層的抗拉強(qiáng)度，但添加量過多時(shí)會