傳統(tǒng)互連材料的局限

銅燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)勢

銅材料具有匹敵銀的優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，且比之銀而言，銅材料與碳化硅芯片、陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)更為相近，有望緩解熱循環(huán)和功率循環(huán)狀態(tài)下的熱失配問題。此外，銅燒結(jié)工藝對基板表面的金屬化層不敏感，有望極大地簡化連接界面結(jié)構(gòu)，從而獲得更高的界面穩(wěn)定性和產(chǎn)品可靠性。同時(shí)，單純的界面組成也能夠最大限度地抑制原子擴(kuò)散、金屬間化合物生成等互連退化現(xiàn)象，降低界面處的接觸電阻、熱阻，并優(yōu)化電流分布。更重要的是，從原材料價(jià)值角度而言，銅的價(jià)格僅有銀的幾十分之一，理論上具備較低成本。

在過去的十年間，銅燒結(jié)材料雖然與銀燒結(jié)材料平行發(fā)展，但其固有的易氧化特性對燒結(jié)氣氛和燒結(jié)條件要求較高，極大地限制了銅燒結(jié)材料的廣泛應(yīng)用。近年來，各大材料廠商普遍在銅燒結(jié)漿料的制備上取得突破，工藝條件極大緩和，不少商用案例開始涌現(xiàn)。同時(shí)，適用于銀燒結(jié)工藝的設(shè)備也可以很好地兼容高性能銅漿料。此類設(shè)備隨著銀燒結(jié)工藝的成熟開始成為各大模塊廠商的產(chǎn)線“標(biāo)配”，又“無意中”為銅燒結(jié)的普及創(chuàng)造了條件。

基本半導(dǎo)體的先行者姿態(tài)

據(jù)此，基本半導(dǎo)體認(rèn)為，銅燒結(jié)有望成為碳化硅車載功率模塊封裝的理想互連方案。作為國內(nèi)碳化硅功率器件領(lǐng)域的創(chuàng)新企業(yè)，基本半導(dǎo)體意識到銅燒結(jié)技術(shù)的潛力，積極與材料供應(yīng)商展開合作，力求將這一前沿技術(shù)率先應(yīng)用于自身產(chǎn)品中。通過與材料業(yè)界的合作伙伴通力協(xié)作，基本半導(dǎo)體在銅燒結(jié)漿料的選型、互連工藝優(yōu)化等方面取得了一系列進(jìn)展，為銅燒結(jié)技術(shù)在碳化硅車載功率模塊中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

基本半導(dǎo)體Pcore™6 -汽車級HPD碳化硅MOSFET模塊

截至目前，基本半導(dǎo)體模塊研發(fā)團(tuán)隊(duì)已對多款銅燒結(jié)漿料進(jìn)行了選型評估，印刷、烘烤、貼片、燒結(jié)等工藝環(huán)節(jié)已趨于穩(wěn)定。燒結(jié)后的連接強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上，接近銀燒結(jié)漿料的最優(yōu)水平。得益于20MPa以上的超高壓燒結(jié)工藝，孔隙率低至15%以下，多孔狀銅燒結(jié)體性質(zhì)均一，難以觀察到氣孔等缺陷。

熱沖擊測試中，銅燒結(jié)模塊展現(xiàn)了預(yù)期的高可靠性，不僅壽命超過銀燒結(jié)模塊30%，且未觀察到明顯的界面破壞。在功率循環(huán)可靠性測試中，采用銅漿料的模塊樣品壽命遠(yuǎn)高于銀漿料的模塊。綜合而言，銅燒結(jié)模塊的壽命提升顯著，可靠性指標(biāo)完全能夠滿足車規(guī)級的嚴(yán)苛要求。

基本半導(dǎo)體采用銅燒結(jié)技術(shù)的預(yù)研產(chǎn)品展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能和可靠性，不僅證明了銅燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，也彰顯了基本半導(dǎo)體作為行業(yè)先驅(qū)者的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新精神。