摘要
绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）模块具有输
出功率高、输入阻抗高、开关速度快及饱和电压低等特点，广泛应用于电力电子
工业。IGBT模块中的芯片封装互连是通过连接材料实现功率半导体芯片与基板的
互连。芯片与基板之间的连接层需要提供必要的散热、导热以及机械支撑作用，
这对芯片封装互连技术提出了更高的需求。由于纳米银焊料具有可低温焊接、高
导电性和导热性、工作温度范围大和良好环保性等优势，可作为一种可靠的焊料
应用于高温功率芯片封装。同时，由于纳米立方银具有锋利和大曲率的边缘、良
好的自组装性能，将纳米立方银颗粒与有机溶剂配制成纳米立方银高温焊料，可
作为一种新型芯片互连材料应用于电子工业中的高温封装。
本研究聚焦于纳米立方银颗粒的尺寸可控制备，研究了不同因素对纳米立方
银制备的影响。使用纳米银高温焊料，探究最佳的焊接工艺后，并研究了焊接基
板前处理工艺对焊接性能的影响和纳米立方银高温焊料的焊接性能。
首先，采用多元醇还原法，选用乙二醇（EthyleneGlycol，EG）为溶剂和还
原剂、硫氢化钠（NaHS）提供硫氢根阴离子、盐酸（HCl）为纳米银粒子的蚀刻
剂、聚乙烯吡咯烷酮（PolyvinylPyrrolidone，PVP）为保护剂、三氟醋酸银
（CFCOOAg）提供银源。研究各组分浓度、反应时间和温度对纳米立方银制备的
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影响，获得粒径为60nm-100nm、立方体产率高、分散性好且结晶性能较好的纳
米立方银颗粒。
然后，采用正交实验方法研究焊接基板进行化学镀银前处理最佳工艺条件。
通过对表面形貌和结合力等性能的分析，最佳工艺参数下化学镀银层表面的晶粒
结晶性能较好，且表面致密均匀，化学镀银层厚约4.5μm。
最后，使用纳米银颗粒与乙二醇按照8:2的重量比配制成纳米银高温焊料，
探究不同纳米银焊料、焊接温度、时间及升温速率对接头表面形貌和剪切强度的
影响，得到最佳的焊接工艺条件，且最高剪切强度为21.45MPa。在最佳焊接工
艺条件下，研究焊接基板前处理工艺对接头表面形貌和剪切强度的影响。最后基
于合成的纳米立方银和乙二醇配制成纳米立方银高温焊料并进行最优化条件焊接。
结果表明，纳米立方银高温焊料比纳米银高温焊料的接头孔隙率更低，且剪切强
度提高至25.44MPa。
关键词：绝缘栅双极型晶体管，纳米立方银，高温焊料，化学镀银
ABSTRACT
Insulatedgatebipolartransistor(IGBT)hasthecharacteristicsofhighoutputpower,
highinputimpedance,fastswitchingspeedandlowsaturationvoltage,andiswidelyused
inthepowerelectronicsindustry.ThechippackageintheIGBTmoduleistorealizethe
interconnectionbetweenthepowersemiconductorchipandthesubstratethroughthe
connectingmaterial.Theconnectionlayerbetweenthechipandthesubstrateneedsto
providenecessaryheatdissipation,heatconductionandmechanicalsupport,whichputs
forwardhigherdemandsonthechippackaginginterconnecttechnology.Duetothe
advantagesoflow-temperaturesolderability,highelectricalandthermalconductivity,
wideoperatingtemperaturerangeandgoodenvironmentalprotect