功率半導(dǎo)體器件陶瓷覆銅板用無氧銅帶

陶瓷覆銅板是在高溫，流動(dòng)氣氛下銅帶與陶瓷基片通過高溫熔煉和擴(kuò)散過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.陶瓷覆銅板對銅帶要求高

陶瓷覆銅板 AMB 和 DBC 工藝均需要無氧銅帶。以 DBC 為例，DBC 工藝流程為：首先將無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，共晶熔體充分浸潤進(jìn)無氧銅板和陶瓷板中，形成兩者之間的牢固結(jié)合。

圖 DBC工藝流程

普通無氧銅的耐熱性較差，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，晶粒迅速長大，晶粒尺寸甚至可達(dá)毫米級(jí)，這將在無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”，增加無氧銅板的表面粗糙度。

圖 普通無氧銅的晶粒生長，來源：古河電工

一方面，結(jié)合面粗糙度的增加會(huì)加大無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題。

圖 陶瓷覆銅板用無氧銅與普通無氧銅在形成結(jié)晶顆粒方面的對比（800℃,1H），來源：古河電工

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，陶瓷覆銅板不僅對銅帶表面質(zhì)量、公差要求較高，同時(shí)對高溫性能和晶粒度均有較高要求。為確保無氧銅帶滿足使用要求，制定專用生產(chǎn)工藝，通過材料、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，確保無氧銅帶滿足高溫?zé)岱€(wěn)定性。

2.高端無氧銅帶亟需國產(chǎn)化

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

目前陶瓷覆銅板用銅帶相關(guān)供應(yīng)商有：古河電工、JX金屬、金威銅業(yè)、江西銅業(yè)、中銅華中銅業(yè)、博威合金、中鋁洛陽銅加工等。

審核編輯：湯梓紅