適用於車用功率半導體之高耐熱無鉛合金

 

刊登日期:2019/8/19
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日本群馬大學開發出一款耐熱性、耐熱循環性表現優異的無鉛合金,可做為次世代半導體的黏晶(Die Bonding)材料。此外,在熱交換器的用材上亦有突破,首次製作出鎳磷電解膜,可作為熱交換器鰭片材的硬焊用填料(Filler Material)使用。日後將透過填料的薄化,提升接合可靠性及降低成本。

現行的SiC功率半導體元件在接合晶片與基板時,使用的是高度含鉛的焊接材,但在無鉛化的趨勢下,逐漸切換至錫銀銅系合金或錫銻系合金。然而這兩種合金的高溫特性,在次世代功率半導體的高溫使用環境下難以符合需求。晶片尺寸小的話,燒結銀膠可發揮效用但可靠度上尚有疑慮。群馬大學的研發團隊注意到高融點的錫銻系合金,添加微量的鎳作為第三元素,在不降低熔融溫度區間的狀況下,開發出耐高溫疲勞特性的焊接用合金。實驗結果顯示,該合金在室溫至200℃間的疲勞特性相當不錯,即使對功率半導體特有的熱循環(100〜200℃・20秒)也展現出優異的可靠度。今後可望取代高含鉛銲材,運用在汽車零件與封裝用途,更有助於汽車的電動化與輕量化。

另外,在廢熱回收的需求日漸攀升之中,研發團隊開發出不鏽鋼製熱交換器用的鎳硬焊電解膜,係在不鏽鋼上以電鍍形成厚度數十μm的膜。經實驗確認,硬焊處成功實現無氣泡、無缺陷的接合處。熱效率較佳的多層型交換器方面,為追求輕量小型化,鰭片愈來愈薄型化。順應此況,硬焊材也被要求薄化。既有的不鏽鋼用鎳硬焊材雖然耐腐蝕性佳,但難以製成薄膜狀,因此都以膠狀或條狀材供給。目前待解的課題是,在細微處很難適量使用且材料成本高昂。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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