SiC die-substrate connections for high temperature applications

Silicon carbide (SiC) became very attractive material for high temperature and high power electronics applications due to its physical properties, which are not attainable in conventional Si semiconductor. However, the reliability of SiC devices is limited by assembly processes comprising die attachment and interconnections technology as well as the stability of ohmic contacts at high temperatures. The investigations of a die to substrate connection methods which can fulfill high temperature and high power requirements are the main focuses of the paper. In our researches following die attach technologies were applied: adhesive bonding with the use of organic and inorganic conductive compositions, solder bonding by means of gold germanium alloys, die bonding with the use of thermal conductive adhesive foil and joining technology based on low temperature sintering of silver nanoparticles. The applied bonding technologies are described and obtained results are presented.

---

Z pośród półprzewodników szerokopasmowych węglik krzemu (SiC) stał się najbardziej obiecującym materiałem dla przyrządów mocy pracujących w wysokich temperaturach. Jest on obiektem szczególnego zastosowania wszędzie tam, gdzie wymaganiom wysokotemperaturowym nie może sprostać Si. Niezawodność przyrządów z SiC w wysokich temperaturach jest ograniczona przez procesy montażu obejmujące montaż struktur do podłoża, wykonywanie połączeń elektrycznych oraz przez brak stabilności wysokotemperaturowej kontaktów omowych. Główna uwaga w tym artykule została zwrócona na problemy związane z montażem nieobudowanych struktur SiC do podłoża. Dokonano przeglądu różnych technologii montażu struktur SiC do podłoża z ceramiki alundowej, które mogą spełniać wymagania pracy w wysokich temperaturach. W badaniach wykorzystano następujące techniki montażu: klejenie kompozycjami organicznymi lub nieorganicznymi, lutowanie lutami Au-Ge, klejenie przy zastosowaniu adhezyjnej folii ceramicznej oraz spiekanie niskotemperaturowe za pomocą pasty utworzonej z nanocząsteczek srebra. We wnioskach dokonano oceny analizowanych technik montażu w oparciu o wyniki uzyskane w badaniach własnych.