近日，IEEE官网宣布2023年第73届国际电子元器件与技术会议（IEEE Electronic Components and Technology Conference, ECTC，简称“ECTC”）获奖论文名单。复旦大学工程与应用技术研究院（简称“工研院”）超越照明研究所发表的题为《Simulation, Prediction, and Verification of the Corrosion Behavior of Cu-Ag Composite Sintered Paste for Power Semiconductor Die-attach Applications》成果，荣获“TI (Texas Instruments) Best IP Student Award”。ECTC属于国际电子封装顶级学术会议，大会组委会共选取7篇优秀论文颁发“ECTC 2023 Best Papers”。该论文是中国大陆地区近五年来唯一在ECTC会议上获得优秀论文奖的研究成果，工研院2022级博士生王新月为第一作者，青年副研究员刘盼为通讯作者。

论文简介

随着宽禁带功率模块在海上风力发电系统和水面光伏电站中的普及，封装材料面临着盐腐蚀、高湿度混合等挑战。铜银复合材料烧结浆料是一种成本低、抗电迁移能力强的新型芯片贴装材料。然而，铜和银之间的电位差在高湿度环境中容易形成电偶腐蚀，从而在盐雾的存在下加速模块失效。为了进一步推动复合烧结材料的实际应用，研究其在盐雾作用下的腐蚀行为和内在机理至关重要。本文提出了一种基于有限元模拟的铜银双球电偶腐蚀模型。通过初始交换电流密度预测了不同Cu-Ag粒度组合在不同烧结程度下的腐蚀速率与时间的关系。并通过对烧结样品的电化学表征，进一步探讨了复合烧结材料的最佳组合和验证了模型的准确性。实验和模拟研究所得到的结论对今后的防腐蚀分析和提高新型复合烧结材料的可靠性具有指导意义。

本文主要工作

首先，通过建立基于有限元仿真的铜银（Cu-Ag）复合烧结材料双球体电偶腐蚀模型，模拟盐雾环境下烧结后的接触腐蚀过程（图1）。此模型基于在氯化钠溶液（模拟海水）中测量的材料的开路电压和交换电流密度数据，计算腐蚀过程中电场分布和电流密度矢量分布，揭示了腐蚀速率的差异主要源于不同粒径铜银颗粒接触点的电位分布与电流密度分布差异。具体表现为，在较小颗粒的表面，电位差和电流密度更为集中，尤其是当铜颗粒尺寸相对于银颗粒更小时，其腐蚀速率显著增加。

通过模拟和实验数据的对比，揭示了粒径大小和烧结程度对Cu-Ag复合材料腐蚀速率的影响，为材料设计提供了重要的科学依据。同时，将电化学实验数据（图2）与仿真结果相结合，验证了仿真模型的准确性，并用于优化Cu-Ag复合材料。最后，基于仿真和实验结果，文章提出了具体的原材料粒径选择建议，有助于提高半导体封装材料在海洋环境中的防腐蚀性能和可靠性。

图1 (A)不同Cu-Ag粒径组合的烧结连接建模示意图；(B)不同粒径组合模型在初始和腐蚀10天后的电势和电流密度分布模拟结果。

图2 (A)样品制备示意图；(B)烧结样品在NaCl溶液中腐蚀前和腐蚀28天后的Tafel曲线；(C)烧结样品的转移电阻Rct值和活化能。

全文小结

通过仿真与实验相结合的方法，本工作不仅深化了对Cu-Ag复合烧结材料电偶腐蚀过程的理解，还为今后防腐蚀分析及提高这类新型复合烧结材料的可靠性提供了理论依据和指导，对于海洋环境下电力电子封装材料的发展具有重要的工程实践意义 。

延伸阅读

ECTC会议是电子封装领域的全球顶级会议，由国际电气电子工程师协会电子封装分会(IEEE-EPS)主办，引领电子制造业的发展方向。众多电子器件相关的新技术、新方法和新思路都最先在此会议上报道。每年会吸引电子领域相关的科研单位和国际知名企业包括Intel、微软、IBM、德州仪器、松下、台积电、日月光、三星、华为、中兴通讯等公司投稿参会交流，ECTC 2023共有1619 位参会者，接收了379篇学术论文，其中涉及中国区单位的文章仅有14篇。