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功率半導(dǎo)體器件陶瓷覆銅板用無(wú)氧銅帶

陶瓷覆銅板

陶瓷覆銅板是在高溫,流動(dòng)氣氛下銅帶與陶瓷基片通過(guò)高溫熔煉和擴(kuò)散過(guò)程而形成的一種高導(dǎo)熱、高絕緣強(qiáng)度的復(fù)合材料,既具有陶瓷的高導(dǎo)熱性、高電絕緣性、高機(jī)械強(qiáng)度、低膨脹等特性,又具有無(wú)氧銅金屬的高導(dǎo)電性和優(yōu)異的焊接性能,是 IGBT 等功率模塊封裝的不可或缺的關(guān)鍵材料。

隨著功率器件技術(shù)發(fā)展,與此相適應(yīng)的電子封裝與基板材料的開發(fā)趨勢(shì)要求材料具有高純度、低應(yīng)力、低熱膨脹、高熱傳導(dǎo)和高耐熱性等特征。今天我們一起來(lái)了解半導(dǎo)體功率器件陶瓷覆銅板用銅帶。


1.陶瓷覆銅板對(duì)銅帶要求高


陶瓷覆銅板 AMB 和 DBC 工藝均需要無(wú)氧銅帶。以 DBC 為例,DBC 工藝流程為:首先將無(wú)氧銅板貼合在陶瓷板單側(cè)或雙側(cè),然后在接近銅熔點(diǎn)的高溫和含微量氧氣的氣氛下,使無(wú)氧銅板表面形成Cu+Cu2O 共晶熔體薄層,保溫一段時(shí)間后,共晶熔體充分浸潤(rùn)進(jìn)無(wú)氧銅板和陶瓷板中,形成兩者之間的牢固結(jié)合。

DBC工藝流程

普通無(wú)氧銅的耐熱性較差,經(jīng)高溫?zé)崽幚砗螅ЯQ杆匍L(zhǎng)大,晶粒尺寸甚至可達(dá)毫米級(jí),這將在無(wú)氧銅板與陶瓷板的結(jié)合面及其自由表面處形成“橘皮組織”,增加無(wú)氧銅板的表面粗糙度。

普通無(wú)氧銅的晶粒生長(zhǎng)

一方面,結(jié)合面粗糙度的增加會(huì)加大無(wú)氧銅板與陶瓷板之間的間隙,進(jìn)而導(dǎo)致銅/陶瓷結(jié)合強(qiáng)度降低甚至結(jié)合失??;


另一方面,自由表面粗糙度的增加也會(huì)給后續(xù)刻蝕、清洗、焊接等工藝帶來(lái)一系列負(fù)面影響,進(jìn)而導(dǎo)致銅/元件焊縫強(qiáng)度降低甚至焊接失敗。


此外還存在下一工序的檢查精度降低、鍍膜后外觀變差等問(wèn)題。

陶瓷覆銅板用無(wú)氧銅與普通無(wú)氧銅在形成結(jié)晶顆粒方面的對(duì)比(800℃,1H)

晶粒大小將影響銅帶和陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度。晶粒較細(xì),銅帶與陶瓷基板結(jié)合非常緊密,有著結(jié)合力高、電阻率低的優(yōu)點(diǎn)。因此,陶瓷覆銅板不僅對(duì)銅帶表面質(zhì)量、公差要求較高,同時(shí)對(duì)高溫性能和晶粒度均有較高要求。為確保無(wú)氧銅帶滿足使用要求,制定專用生產(chǎn)工藝,通過(guò)材料、加工率和退火工藝控制,同時(shí)嚴(yán)格控制薄帶板型、表面質(zhì)量控制等難題,確保無(wú)氧銅帶滿足高溫?zé)岱€(wěn)定性。


2.高端無(wú)氧銅帶亟需國(guó)產(chǎn)化


陶瓷覆銅板用無(wú)氧銅必須具有優(yōu)異的耐熱性,在高溫下要保持細(xì)晶狀態(tài),目前高端無(wú)氧銅主要依賴國(guó)外進(jìn)口。隨著國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件行業(yè)快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)企業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注到陶瓷覆銅板用銅帶材料,并進(jìn)行了開發(fā),以解決高端無(wú)氧銅帶材料的卡脖子問(wèn)題。

無(wú)氧銅帶GOFC

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