Abstract Robust bonding and thermal-stable sinter Ag joining on an Au finished substrate was first time achieved for use in SiC power modules. Five kinds of Ag paste, including different solvents and Ag fillers, and four kinds of Au plating processes (ENIG, ENIGEG, ENEPIG and ENEPIGEG) were used to optimize the initial shear strength of Ag–Au joints. Here, EN means electroless Ni plating, EP means electroless pure palladium plating, IG means immersion gold plating process and EG is the process of electroless gold plating. Micro-scaled Ag flake paste showed the best die shear strength at 33.9 MPa by in-suit formation of Ag nanoparticles, accomplished with a sintering temperature of 250 °C without pressure in air. With the use of Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis, the ENEPIG plating process exhibited an Au surface with greater Au (111) grain orientation and larger grain size, which both of that benefits bonding with Ag paste. The thermal-stable sinter Ag joining on ENEPIG was evaluated by aging at 250 °C up to 1000 h. The shear strength had slightly increased to 36.5 MPa after 1000 h. The mechanism of robust bonding and thermal-stable during high temperature aging were systematically analyzed via Scanning Electron Microscope (SEM), Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Transmission Electron Microscope (TEM) and X-ray diffraction (XRD), which was attributed to the large Au grains size, the favorable surface condition of the ENEPIG, and the Pd barrier layer which prohibited Ni diffusion into the Au layer during sintering and aging.

中文翻译：

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通过微米级烧结银在低温无压力下接合，在 ENEPIG 基板上实现牢固的接合和热稳定的 Ag-Au 接合

摘要 首次在 SiC 功率模块中实现了在 Au 成品基板上的牢固键合和热稳定烧结银接合。五种银浆，包括不同的溶剂和银填料，以及四种镀金工艺（ENIG、ENIGEG、ENEPIG和ENEPIGEG）用于优化Ag-Au接头的初始剪切强度。其中，EN表示化学镀Ni，EP表示化学镀纯钯，IG表示浸金工艺，EG表示化学镀金工艺。通过在 250 °C 的烧结温度下在空气中无压力的情况下形成 Ag 纳米颗粒，微尺度 Ag 片状浆料在 33.9 MPa 下显示出最佳的模具剪切强度。使用电子背散射衍射 (EBSD) 分析，ENEPIG 电镀工艺表现出具有更大 Au (111) 晶粒取向和更大晶粒尺寸的 Au 表面，这两者都有利于与 Ag 膏的结合。ENEPIG 上的热稳定烧结银接合通过在 250 °C 下老化长达 1000 小时进行评估。1000 小时后剪切强度略微增加至 36.5 MPa。通过扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDS)、透射电子显微镜 (TEM) 和 X 射线衍射 (XRD)，系统地分析了高温老化过程中牢固结合和热稳定的机制，其中这归因于大的 Au 晶粒尺寸、ENEPIG 的良好表面条件以及在烧结和老化过程中阻止 Ni 扩散到 Au 层中的 Pd 阻挡层。这两者都有利于与银浆的粘合。ENEPIG 上的热稳定烧结银接合通过在 250 °C 下老化长达 1000 小时进行评估。1000 小时后剪切强度略微增加至 36.5 MPa。通过扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDS)、透射电子显微镜 (TEM) 和 X 射线衍射 (XRD) 系统地分析了高温老化过程中牢固结合和热稳定的机制，其中这归因于大的 Au 晶粒尺寸、ENEPIG 的良好表面条件以及在烧结和老化过程中阻止 Ni 扩散到 Au 层中的 Pd 阻挡层。这两者都有利于与银浆的粘合。ENEPIG 上的热稳定烧结银接合通过在 250 °C 下老化长达 1000 小时进行评估。1000 小时后剪切强度略微增加至 36.5 MPa。通过扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDS)、透射电子显微镜 (TEM) 和 X 射线衍射 (XRD) 系统地分析了高温老化过程中牢固结合和热稳定的机制，其中这归因于大的 Au 晶粒尺寸、ENEPIG 的良好表面条件以及在烧结和老化过程中阻止 Ni 扩散到 Au 层中的 Pd 阻挡层。