Interface regulation of micro-sized sintered Ag-10Al composite based on in-situ surface modification and enhanced microstructure stability in power electronic packaging

材料科学 微观结构 复合数 原位 复合材料 接口(物质) 表面改性 化学工程 接触角 坐滴法 物理 工程类 气象学
作者
Fupeng Huo,Chuantong Chen,Zheng Zhang,Ye Wang,Aiji Suetake,Kazutaka Takeshita,Yoshiji Yamaguchi,Yashima Momose,Katsuaki Suganuma
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:240: 112863-112863 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2024.112863
摘要

The increasing demand for high-power SiC semiconductors necessitate the development of a die attachment material that combines high-temperature resistance, reliability, and cost-effectiveness. In this study, a novel micro-sized composite, Ag-10Al paste, containing 10 wt% Al particles, was designed. A remarkable phenomenon, the ejection of ultrafine Ag nanoparticles from micron-sized Ag flakes, was observed for the first time. The phenomenon was utilized for the in-situ surface modification of Al. Subsequently, the microstructure and mechanical properties of the sintered Ag-10Al/direct bonded copper (DBC) joints were studied. Results indicated that the Ag-10Al composite exhibited superior microstructure stability compared to sintered Ag. The Ag/Al interface was systematically analyzed, revealing a unique Ag/nano Ag2O/Al2O3 amorphous/Al structure. This structure was formed through the Ag nanoparticle jetting effect of Ag flakes, achieving effective bonding between nano Ag2O and Al2O3 amorphous phases through mutual dissolution at the atomic level. Moreover, the sintered Ag-10Al joint demonstrated enhanced mechanical performance stability over the sintered Ag joint. After 1000 h aging at 300 ℃, the shear strength of the sintered Ag-10Al joint reached 34.1 MPa, meeting the requirements for power semiconductor packaging. In conclusion, the Ag-10Al composite paste was thoughtfully designed, excelling in both performance and cost-effectiveness.
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