This study investigated the effects of bonding temperature and bonding atmosphere on high temperature mechanical properties of transient liquid phase(TLP) bonded joints of heat resistant alloy using MBF-50 insert metal. Specimens were bonded at 1,423~1,468K for 600s. Microconstituents of {TEX}$Cr_{7}(C,B)_{3}${/TEX}were formed in the bonded region when the bonding temperature was low. The amount of microcostituents in the bonded layer decreased with increasing the bonding temperature, and the microconstituents in the bonded layer disappeared at the bonding temperature above 1,468K. The tensile strength of the joints at elevated temperatures increased with the increase the bonding temperature and was the same level as one of the base metal in the bonding temperature over 1,453K. Microstructure and alloying element distributions of the bonded region bonded in Ar and $N_2$atmosphere were similar to those of the bonded in vacuum. The creep rupture strength and rupture lives of joints were almost identical to those of base metal.
This paper shows the principles and characteristics of the transient liquid phase (TLP) bonding technology for power modules packaging. The power module is semiconductor parts that change and manage power entering electronic devices, and demand is increasing due to the advent of the fourth industrial revolution. Higher operation temperatures and increasing current density are important for the performance of power modules. Conventional power modules using Si chip have reached the limit of theoretical performance development. In addition, their efficiency is reduced at high temperature because of the low properties of Si. Therefore, Si is changed to silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). Various methods of bonding have been studied, like Ag sintering and Sn-Au solder, to keep up with the development of chips, one of which is TLP bonding. TLP bonding has the advantages in price and junction temperature over other technologies. In this paper, TLP bonding using various materials and methods is introduced. In addition, new TLP technologies that are combined with other technologies such as metal powder mixing and ultrasonic technology are also reviewed.
Recently, a demand in sustainable green technologies is requiring the lead free bonding for high power module packaging due to the environmental pollution. The Transient-liquid phase (TLP) bonding can be a good alternative to a high Pb-bearing soldering. Basically, TLP bonding is known as the combination of soldering and diffusion bonding. Since the low melting temperature material is fully consumed after TLP bonding, the remelting temperature of joint layer becomes higher than the operating temperature of the power module. Also, TLP bonding is cost-effective process than metal nanopaste bonding such as Ag. In this paper, various TLP bonding techniques for power semiconductor were described.
Power module is getting attention from electronic industries such as solar cell, battery and electric vehicles. Transient liquid phase (TLP) boding, sintering with Ag and Cu powders and wire bonding are applied to power module packaging. Sintering is a popular process but it has some disadvantages such as high cost, complex procedures and long bonding time. Meanwhile, TLP bonding has lower bonding temperature, cost effectiveness and less porosity. However, it also needs to improve ductility of the intermetallic compounds (IMCs) at the joint. Wire boding is also an important interconnection process between semiconductor chip and metal lead for direct bonded copper (DBC). In this study, TLP bonding using Sn-based solders and wire bonding process for power electronics packaging are described.
The effect of base metal grain size on isothermal solidification behavior of Ni-base superalloy, CMSX-2 during transient liquid phase (TLP) bonding was investigated employing MBF-80 insert metal. TLP-bonding of single crystal. coarse-grained and fine-grained CMSX-2 was carried out at 1373∼1548k for various holding time in vacuum. The eutectic width diminished linearly with the square root of holding time during isothermal solidification process for single crystal, coarse-grained and fine-grained base metals. The completion time for isothermal solidification decreased in the order ; single crystal, coarse-grained and fine-grained base metals. The difference of isothermal solidification rates produced when bonding the different base metals could be explained quantitatively by the effect of base metal grain boundaries on the apparent average diffusion coefficient of boron in CMSX-2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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