Assessment of a Au-Sn transient liquid die attach for harsh environments electronics

Abstract

The constant development of new technologies in the area of power electronics requires new interconnection materials capable of resisting high temperature environments for wide-bandgap semiconductors such as SiC. Die attach interconnections must be capable of resisting high operating temperatures while providing mechanical support, electrical connection, and a path for thermal management. These needs are addressed by the creation of joints via the process of inter diffusion of two metals with different melting points, called solid liquid inter-diffusion. Applying this process, to a gold-tin bond, we have demonstrated the formation of a joint at a temperature ranging from 315 to 340°C, resulting in a sound attach with a higher melting point. The bond was evaluated in four different combinations of varying bonding conditions as a function of time and temperatures of exposure. Lap shear testing, differential scanning calorimetry analysis, and compositional analysis using EDS and SEM images were used to characterize bonding characteristics.

El desarrollo constante de nuevas tecnologías en el área de la electrónica de potencia requiere nuevos materiales de interconexión capaces de resistir entornos de alta temperatura para semiconductores de banda ancha como SiC. Las interconexiones deben ser capaces de resistir altas temperaturas de operación mientras proporcionan soporte mecánico, conexión eléctrica y una ruta para la gestión térmica. El cumplimiento de estas necesidades se abordan mediante la creación de uniones a través del proceso de inter-difusión de dos metales con diferentes puntos de fusión, llamada interdifusión líquido-sólido. Aplicando este proceso, a un enlace oro-estaño, hemos demostrado la formación de una unión a una temperatura que oscila entre 315 y 340°C, lo que da como resultado un sonido fijado con un punto de fusión más alto. El enlace se evaluó en cuatro combinaciones diferentes de condiciones de enlace variables en función del tiempo y las temperaturas de exposición. Se usaron pruebas de cizallamiento por vueltas, análisis de calorimetría diferencial de barrido y análisis de composición usando imágenes EDS y SEM para caracterizar las características de unión.