近日，复旦大学工程与应用技术研究院（以下简称“工研院”）超越照明研究所刘盼青年副研究员课题组在国际Top学术期刊《Journal of Materials Research and Technology》上发表学术论文两篇，在电子封装材料期刊《Journal of Materials Science: Materials in Electronics》上发表学术论文一篇。三篇论文从溶剂调控角度，探究了烧结材料的海洋环境中的腐蚀失效机制，提出了铜银复合烧结材料（银铜共混、银覆铜）在功率模块芯片连接应用上的创新技术。

三篇论文的第一作者分别为工研院超越照明研究所2022级博士生王新月（2篇）和2021级硕士生陈海雪，唯一通讯作者均为工研院超越照明研究所青年副研究员刘盼。复旦大学工研院为第一通讯单位。

• 论文1介绍

题目：Effect of epoxy resin addition on properties and corrosion behavior of sintered joints in power modules serviced offshore

 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.07.098

在海上应用中，由于高湿度和H₂S暴露，功率模块面临着芯片连接材料腐蚀失效的风险。针对高性能功率芯片封装，聚焦烧结贴装材料的腐蚀行为研究。制备了四组不同溶剂体系下的的烧结银和烧结铜材料，置于高湿H₂S条件下168小时，以模拟恶劣的近海环境。经SEM、XRD和XPS分析，腐蚀后形成的主要化合物为CuO/Cu₂O和Ag₂S。结果显示，烧结铜接头中添加的环氧树脂可有效减少腐蚀产物并保持较高电导率。相反，烧结银接头中环氧的加入并没有明显地降低银接头的腐蚀，但导致了剪切强度的提高。此外，为了进一步深入分析环氧树脂对多孔烧结材料腐蚀行为的影响，避免其由于热膨胀系数不匹配造成的可靠性下降，通过电化学分析、分子动力学模拟及热冲击试验对腐蚀的铜、银接头进行了综合评价。综上，在高湿度和H₂S条件下，环氧树脂的添加可有效提升烧结接头抗腐蚀性能，且对烧结铜接头的影响高于烧结银。该工作为海上风电功率模块中封装材料的抗腐蚀设计提出了相关优化建议。

图1论文1的主要研究内容

• 论文2介绍

题目：Microstructure Evolution and Micromechanical Behavior of Solvent-Modified Cu-Ag Composite Sintered Joints for Power Electronics Packaging at High Temperatures

 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.05.196

随着功率模块的工作条件逐渐严苛，烧结材料，特别是复合烧结材料，因其成本效益和适用性而引起了越来越多的关注。本研究关注铜银共混（ Cu-Ag） 复合烧结材料，通过溶剂调控手段，分析其微观结构和机械行为的演化。实验设计并比较了在八种溶剂下的微米级颗粒基铜银复合浆料，通过剪切强度分析评估烧结接头的性能，对每种溶剂体系的优化样品进行了可靠性分析，如。结果表明环氧树脂添加下的铜银接头在高温储存和热循环测试后表现出明显更高的剪切强度。进一步，通过微观组织形貌和元素组成分析不同溶剂体系下氧化物形成和环氧树脂填充孔导致的孔隙率变化，揭示高温老化机制的差异，并对高温老化期间的微机械性能（包括硬度、模量和蠕变性能）开展纳米压痕表征，建立本构模型。本研究中的铜银共混烧结接头在溶剂调控下表现出卓越的可靠性和微机械性能，未来有望在高温功率电子封装领域开展成果转化。

图2论文2的主要研究内容

• 论文3介绍

题目：Solvent modulation, microstructure evaluation, process optimization, and nanoindentation analysis of micro-Cu@Ag core-shell sintering paste for power electronics packaging

 DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-023-11083-5

随着电子技术向高功率、小型化、系统集成化方向发展，电力电子封装面临着越来越大的挑战。本研究旨在通过溶剂调控，制备基于微米级的银覆铜(Cu@Ag)金属颗粒的烧结浆料。研究选用了四种多元醇溶剂体系和球形（SCu@Ag）及片状（FCu@Ag）两种银覆铜金属颗粒形态，制备烧结材料并对其性能和组织演变进行分析。结果表明，采用松油醇-聚乙二醇溶剂体系和片状形貌的烧结接头表现出更致密的微观结构，其结合强度比片状样品接头提高约20%。随后，优化烧结温度、压力、时间等关键烧结工艺参数，对优化的烧结接头开展高温老化和热循环实验，以评估其可靠性。最后，通过纳米压痕进一步评价了银覆铜烧结接头高温老化前后的微观力学性能，建立了不同颗粒形貌的烧结材料的弹塑性本构模型。结果显示，片状样品接头具有良好的抗蠕变性能和高温可靠性。本研究中提出的基于松油醇-聚乙二醇溶剂系统的微米级银覆铜烧结浆料表现出较好芯片贴装强度、高可靠性和良好的机械性能，未来有望成为功率电子芯片贴装中银烧结材料的低成本替代方案。

图3论文3的主要研究内容

• 研究团队介绍：

该课题组依托工研院超越照明研究所，上海市碳化硅功率器件工程技术研究中心开展学术研究，主要研究方向包括先进封装材料、功率器件可靠性及多尺度-多物理场仿真模拟。近三年获批国家自然科学基金青年基金、省部级重大专项、行业龙头企业横向委托等14项，通过校企的产学研紧密合作，致力于功率电子器件与封装的协同优化、迭代验证及国产化示范。