Dissertation/Thesis Abstract

Assessment of Properties of Transient Liquid Phase Sintered (TLPS) Interconnects by Simulation and Experiments
by Greve, Hannes Martin Hinrich, Ph.D., University of Maryland, College Park, 2017, 320; 10270347
Abstract (Summary)

Wachsende Leistungsdichten elektronischer Bauteile und die Anwendung elektronischer Systeme in Hochtemperatureumgebungen fuehren zu erhoehten Temperatureanforderungen elektronischer Aufbau- und Verbindungstechniksystemen. Konventionelle Verbindungstechniken wurden fuer Anwendungsprofile von Siliziumtechnologie mit Temperaturobergrenzen von 175 °C entwickelt. Die Entwicklung von Halbleitermaterialien mit grossen Bandluecken wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid erweitert die Bandbreite potenzieller Anwendungstemperaturen auf bis zu 500 °C.

Transientes Fluessigphasensintern ist eine vielversprechende, kostenguenstige Verbindungstechnik fuer Hochtemperaturanwendungen. Waehrend des Prozessierens schmilzt eine Phase mit niedriger Schmelztemperatur und benetzt und diffundiert mit einer Phase mit hoher Schmelztemperatur. Die Schmelztemperatur der Verbindung erhoeht sich waehrend intermetallische Phasen wachsen.

In dieser Arbeit wurden drei Sinterpasten Verbindungssysteme basierend auf Kupfer-Zinn (Cu-Sn), Nickel-Zinn (Ni-Sn), und Kupfer-Nickel-Zinn (Cu-Ni-Sn) Systemen entwickelt. Ein neuer Sinterprocess fuer das Fuegen elektronischer Verbindungen wurde entwickelt. Prozess- und Alterungsstudien wurden durchgefuehrt um die benoetigten Prozesszeiten zum erreichen hoher Schmelztemperaturen zu bestimmen. Zeitraeume zum erreichen stabiler Mikrostrukturen wurden ermittelt. Ein Ansatz wurde entwickelt der die Modellierung realistischer Verbindungsgeometrien mit variierender Anzahl, Groesse, und Verteilung von Metallpartikeln und Lunkern in einer intermetallischen Matrix ermoeglicht. Dieser wurde genutzt, um konstitutive (elastisch-plastische) Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften und thermische Eigenschaften zu ermitteln. Die simulierten konstitutiven Eigenschaften wurden mit durch Iosepescu-Scherproben experimentell ermittelten Ergebnissen verglichen. Die thermischen Eigenschaften wurden mit transienten Temperaturmessungen verglichen. Thermische und thermomechanische Fehlermechanismen wurde vorhergesagt und verifiziert, und Techniken zur Schadensminimierung entwickelt.

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Advisor: McCluskey, Patrick
Commitee: Bruck, Hugh, Dasgupta, Abhijit, Lloyd, Isabel, McCluskey, Patrick, Osterman, Michael
School: University of Maryland, College Park
Department: Mechanical Engineering
School Location: United States -- Maryland
Source: DAI-B 78/12(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Engineering, Mechanical engineering
Keywords: Electronic packaging, High temperature electronics, Intermetallic compounds, Sintering, Soldering, Transient Liquid Phase Sintering
Publication Number: 10270347
ISBN: 9780355062519
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