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热膨胀系数(CTE)不适配:铟及铟合金

用于大功率半导体器件封装的材料通常根据其热膨胀系数(CTE)来选择。例如,选择AlSiC、钼和钨等基板,是为了使其热膨胀系数(CTE)值与将被连接的材料相匹配,这样在材料膨胀和收缩时,基板也能同步膨胀或收缩,从而最大限度地减少这些区域之间界面处的机械应力,即热膨胀系数(CTE)不适配 。

尽管铟的热膨胀系数(CTE)与许多材料不匹配,但它仍常被选作基板之间的焊料热界面材料,即使基板材质差异很大,例如硅和铜(属性 )。

铟是如何将热膨胀系数(CTE)为 2.6 PPM/ºC 的硅与热膨胀系数约为 17 PPM/ºC 的铜结合在一起的?这种结合在经历多年的热循环和功率循环后,为何热性能仍未出现退化?

答案在于铟的强度和可塑性。铟是空气中最为稳定的软金属。尽管铟的热膨胀系数(CTE)为29 PPM/ºC,但其抗压强度(拉伸强度 )为273 PSI,这表明它非常柔软;而其抗弯强度(剪切强度 )则高达890 PSI,显著高于前者。在应用 中,铟被焊接到背面金属化的芯片 和铜制集成散热片上,此时会产生显著的热膨胀系数(CTE)不适配 。

然而,假设这些焊点 的界面完好且空隙极少,那么随着基板的收缩,铟体将随之弯曲和伸展,从而不会开裂。