DBC陶瓷基板表面覆铜的熔断电流模型研究

为了优化设计直接覆铜(Direct Bonded Copper，DBC)陶瓷基板的表面覆铜层尺寸，并评估覆铜层的极限电流能力，利用有限元仿真分析方法，研究了不同尺寸的DBC陶瓷基板表面覆铜达到熔点时的电流变化，建立了 DBC陶瓷基板表面覆铜的熔断电流模型，通过实际测试得到了3组不同DBC陶瓷基板表面覆铜的熔断电流，并与理论模型的计算值相比较，结果表明，理论模型与实测结果之间的误差在2％之内，模型求解的准确性和实用性得到了验证。     

车用双面散热IGBT模块随机振动性能分析与应力预测

针对双面散热绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在车载状态下由不同频率的振动载荷导致的焊料层失效问题,分别从材料和结构两个角度,以直接覆铜(DBC)板陶瓷层材料、陶瓷层厚度以及焊料层厚度为变量,以芯片底面焊料层应力为指标进行随机振动分析优化与应力预测,得到模块结构的最佳参数值组合。3个变量对芯片底面焊料层应力的影响由大到小为：陶瓷层厚度、焊料层厚度、陶瓷层材料。最后提出一种对芯片下焊料层应力的预测模型,相较仿真的准确率为95.61%。该研究结果对车载双面散热IGBT模块的振动性能分析提供参考,同时为模块结构的设计提供理论依据。     

基于石墨嵌入式结构的SiC功率模块热仿真与优化

SiC器件相比于Si器件,具有更高的功率密度,表现出高的器件结温和热阻。为了提高SiC功率模块的散热能力,提出了一种基于石墨嵌入式叠层DBC的SiC功率模块封装结构,并建立封装体模型。通过ANSYS有限元软件,对石墨层厚度、铜层厚度和导热铜柱直径进行分析,研究各因素对散热性能的影响,并对封装结构进行优化以获得更好的热性能。仿真结果表明,石墨嵌入式封装结构结温为61.675℃,与传统单层DBC封装相比,结温降低19.32%,热阻降低27.05%。各影响因素中石墨层厚度对封装结温和热阻影响最大,其次是铜柱直径和铜层厚度。进一步优化后,结温降低了2.1%,热阻降低了3.4%。此封装结构实现了优异的散热性能,为高导热石墨在功率模块热管理中的应用提供参考。     

陶瓷—铜键合基板（DBC）在功率模块的最近发展

DBC基板是功率模块上标准的电路板材料。利用DBC技术、厚铜箔(0．125mm-0.7Dmm)便可覆合在氧化铝或氮化铝陶瓷上。由於这种铜与陶瓷间结合力很强，致使其水平方向热膨胀系数减低到略比陶瓷热膨胀TEC大些。这样，在装配大型硅芯片时，就不需再用控制热膨胀的过渡片，芯片便可直接焊接在此基板上。因为DBC技术使用铜箔，令在陶瓷面上直接引出悬空的铜集成引脚实现。新的微导孔技木、结合此种集成引脚，今工程师们可以设计出轻巧、散热性良的气密封装模块。利用三维微通道式液冷散热基板置於高功率区底部，令高新技术、低热阻性(0．03k／W)的多芯片式模块可开发成功。一种新的、柔韧度高达>1000Mpa、及具有优异的耐高低温循环性的氧化铝DBC基板已经发展完成。     

大尺寸LTCC器件在铝合金封装模块中的可靠性设计

在军用铝合金微波模块中焊接尺寸较大的LTCC器件时,由于热失配的存在,易出现应力过大甚至开裂。当采用陶瓷基板时问题更为突出。在此采用有限元分析方法研究了这类结构在温度循环过程中应力变化和分布的特点。研究结果表明,当采用陶瓷基板时,封装盒底厚度与其上各层结构(包括过渡层垫板,陶瓷基板和陶瓷元件)厚度的不合理匹配会导致陶瓷器件产生过高应力,可靠性降低。合理的设计应是减小过渡层垫板和陶瓷基板厚度,同时增加封装盒底厚度。     

新一代IGBT模块用高可靠氮化硅陶瓷覆铜基板研究进展

电动汽车是靠电能驱动的最理想的"清洁车辆",是解决能源环境问题的有效途径。作为电动汽车驱动系统的核心IGBT模块,对封装材料的可靠性提出了越来越高的要求。从目前国际最新的实用化IGBT模块的发展出发,介绍了一种新型的IGBT模块封装用氮化硅陶瓷覆铜基板,综述了国内外的研究现状,介绍了氮化硅陶瓷覆铜基板制备技术。     

铜钼叠层基板的热学特性仿真研究

采用有限元方法,仿真研究了不同层数和材料厚度比的铜钼叠层基板对芯片散热特性的影响。结果表明,2层和3层的铜钼叠层材料均可以有效综合Cu高热导率和Mo低膨胀系数的优点。在相同铜钼总厚度比的情况下,相比于2层材料,3层材料可以实现更好的散热特性。对于1 mm的基板厚度,铜钼铜厚度比为0.2∶0.6∶0.2时可以同时实现较低的温度和热应力。通过调整基板结构参数,可以显著改变芯片的最高温度和最大热应力,满足不同封装领域的需求。     

基于Anand模型的柔性直流输电用IGBT模块焊接应力变形分析

IGBT模块直接覆铜(DBC)基板与底板进行回流焊接过程中,由于材料热膨胀系数不匹配,会产生较大翘曲与残余应力,影响模块可靠性.针对某柔性直流(VSC-HVDC)输电用大功率IGBT模块,基于有限元法,根据实际真空回流焊温度曲线,对比分析了Al2O3/Cu、AlN/AISiC和Si3N4/AlSiC 3种陶瓷衬板与底板组合的焊接翘曲变形与残余应力分布.结果 表明相对于Cu底板,采用AlSiC底板能有效降低底板翘曲与残余应力.相较于Si3N4陶瓷衬板,AlN陶瓷衬板与AlSiC底板的热膨胀系数匹配度更高,焊接后翘曲与残余应力最小.测试结果表明,AlN/AlSiC组合的仿真与实测变形量基本一致,测量范围内长边和短边方向误差分别为5.9％和5.6％.     

IGBT模块回流焊工艺中预翘曲铜基板的研究

IGBT模块铜基板的平整度对于模块的可靠性至关重要,在工业生产中,往往会通过机械的方法使平整的铜基板预翘曲成凹形,从而达到使铜基板在回流焊之后变得平整目的.基于Anand粘塑性模型,通过有限元的方法建立回流焊工艺模型分析整个回流过程中铜基板翘曲变化.研究了DBC铜层图形对因回流引起的铜基板翘曲的影响,分析了铜基板预翘曲量对回流中基板翘曲变化的影响.研究结果表明,铜层图形对回流中铜基板翘曲的影响较小,预翘曲量的大小对回流中铜基板翘曲变化方向影响较小,回流中基板翘曲变化量近似为一常数.一种有效地分析回流焊工艺过程的方法被提出,为封装工艺工程师提供了重要参考,对工业生产具有重要的指导意义.     

功率HIC基板及其工艺布局设计研究

基板选用和工艺布局是功率混合集成电路两项重要技术内容。根据基板材料不同，功率基板及其布线工艺主要分为陶瓷基板和金属基板两大类。常规陶瓷基板以96％Al2O3陶瓷为代表，高导热陶瓷基板以BeO、AIN陶瓷为代表。陶瓷功率基板大部分采用厚膜布线工艺，另一种布线方式是DBC布线。绝缘金属基板的种类很多，最常使用的是铝基板，另...     

ZTA陶瓷基板力学和光学性能的研究

以α-Al2O3粉体为主相材料,添加不同含量的ZrO2(体积分数0%~28%),采用流延成型工艺和常压烧结方法制备ZTA陶瓷样品,研究ZrO2的含量、气孔率、基板厚度以及白度对ZTA陶瓷基板力学和光学性能的影响。结果表明:随ZrO2含量增加,断裂韧性和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势,ZrO2含量为体积分数20%时达到最大值,分别为5.7 MPa·m1/2和865 MPa;当ZrO2含量低于体积分数12%时,随气孔率增加,反射率升高;此外,ZTA陶瓷基板的厚度增加,反射率升高;白度下降,反射率也随之降低。最终制备出一种反射率达到100.7%,满足LED高光效需求的ZTA陶瓷基板。     

封装基板阻焊层分层分析与研究

封装基板的可靠性对封装产品至关重要。通过对超薄层压基板封装产品的失效实例进行分析研究,确认由于基板阻焊层受应力造成阻焊层与铜层出现分层。经基板分层应力仿真模拟,发现阻焊层的厚度对阻焊层受到的应力影响最明显。增加阻焊层的厚度,可减小阻焊层与铜层之间的应力,解决阻焊层与铜层之间的分层问题,也提高了基板封装产品的可靠性。     

预氧化对DBC基板的影响及敷接机理研究

随着绝缘栅双极型晶体管等功率器件的发展,对陶瓷敷铜基板(DBC)的需求越来越大。分别介绍了DBC基板的种类、结构,预氧化工艺对DBC基板的影响和敷接机理。用扫描电镜、X射线衍射等分析手段确定铜箔表面氧化后的物相成份,用X射线扫描确定敷接后界面空洞,并分析产生空洞的原因。用SEM观察界面的形貌并进行断面分析,用XRD和X-RAY分析界面产物的物相成份,从而确定DBC基板的敷接机理。     

无压惰性气氛银烧结层空洞率影响因素研究

在Si C功率模块的封装中,银烧结技术被认为是连接芯片到基板最为合适的技术。裸铜表面无压银烧结技术无需在芯片表面施加压力,降低芯片损伤风险;基板铜层无需贵金属镀层,提高了烧结层的可靠性,降低了材料成本。对裸铜表面无压银烧结技术展开研究,对于6.3 mm×6.3 mm及以下面积的芯片得到了空洞情况良好的烧结层。对影响烧结层空洞率的因素进行了研究,分析了芯片面积、烧结温度曲线、抽真空步骤和贴片质量对烧结层空洞率的影响。     

BC陶瓷基板附着力的研究

直接敷铜 (DBC)法陶瓷基板是新型的陶瓷 金属连接方法。附着力是这种基板的主要性能 ,结合生产实践中发现的问题 ,对影响附着力的一些主要工艺因素进行了分析研究 ,力求获得最佳的工艺状态 ,提高DBC基片的质量 ,拓宽应用领域。     

直接敷铜技术中铜箔预氧化层的检测与控制

通过控制氧化的方法对制备敷铜陶瓷基板(DBC基板)的铜层进行预氧化处理。研究了预氧化温度、氧分压对铜箔氧化层物相和厚度的影响,采用拉曼光谱仪测试铜箔氧化膜物相组成,采用紫外-可见分光光度计测试铜箔氧化膜的吸光度,确定了铜箔表面氧化物层吸光度与厚度的关系。结果表明:预氧化温度在400~800℃,氧分压控制在100×10~(–6)~700×10~(–6),铜箔表面生成一层氧化亚铜(Cu_2O)层;在过高的预氧化温度和氧分压条件下,铜箔表面就会生成Cu O物相,而且氧化膜层变厚,表面疏松、局部出现氧化膜脱落,不利于DBC基板的制备。当氧分压为500×10~(–6),预氧化时间为1 h,温度为600℃时,铜箔表面可以获得均匀致密的Cu_2O薄膜,并且氧化膜与基体Cu结合紧密,有效提高DBC基板的结合性能。     

IGBT模块超声检测缺陷判据研究

焊层缺陷是影响功率模块寿命和可靠性的主要因素之一,主要采用有限元仿真的研究方法,模拟了焊层缺陷位置、大小等因素对IGBT模块热性能的影响,得到不同的缺陷情况与模块热性能的对应关系并进行拟合,计算出焊层空洞大小临界值,提出了一种IGBT模块超声检测缺陷判据标准。芯片-基板焊层单个空洞率需≤2%,基板-底板焊层单个空洞率需≤2%,芯片-基板焊层整体空洞率与基板-底板焊层整体空洞率之和需≤10%。     

DBC陶瓷基板附着力的研究

直接敷铜(DBC)法陶瓷基板是新型的陶瓷-金属连接方法。附着力是这种基板的主要性能，结合生产实践中发现的问题，对影响附着力的一些主要工艺因素进行了分析研究，力求获得最佳的工艺状态，提高DBC基片的质量，拓宽应用领域。     

Si3N4覆铜基板的界面空洞控制技术

为满足新一代SiC基功率模块的先进封装需求,研究了Si3N4覆铜活性金属焊接(AMB)基板的界面空洞控制技术,使Si3N4陶瓷与铜箔界面处的空洞率低于1％.选用Ag-Cu-Ti活性金属焊片作为Si3N4覆铜基板的焊料层,其中的活性组分Ti可与Si3N4生成界面反应层TiN,该材料是界面空洞控制的关键.在分析界面空洞形成机理的基础上,以空洞率为指标,对原材料前处理、AMB工艺参数(焊接压力和焊接温度)进行全因子试验设计(DOE)及方差分析,得到最佳的参数组合为:化学法与还原法相结合的原材料前处理方式,焊接压力约2N,焊接温度900℃.通过原材料前处理和AMB工艺优化的界面空洞控制技术,研制出界面空洞率小于1％的Si3N4覆铜基板,能够满足SiC.基功率模块封装基板的高可靠应用需求.     

新型陶瓷/金属化合物基板——直接敷铜板

直接敷铜(DBC)板是用于电子学封装的一种陶瓷/金属化合物基板。这种DBC板适用于光电子学封装的采集排列制作,并可提供无源对准、好的热导率、CTE匹配及良好的可靠性。本文介绍了采用DBC板的光电子学封概念布线、制作和应用。