DBC板清洗與高溫封裝技術介紹

今天小編為大家帶來一篇關于DBC板清洗與高溫封裝技術介紹~

在進行芯片正面連接時可用銅線替代鋁線，消除了鍵合線與 DBC 銅層之間的熱膨脹系數差異，極大地提高模塊工作的可靠性。此外，鋁帶、銅帶連接工藝因其更大的截流能力、更好的功率循環以及散熱能力，也有望為碳化硅提供更佳的解決方案。圖 11 所示分別為銅鍵合線、銅帶連接方式。

錫片或錫膏常用于芯片和 DBC 板的連接，焊接技術非常成熟而且簡單，通過調整焊錫成分比例，改進錫膏印刷技術，真空焊接減小空洞率，添加還原氣體等可實現極高質量的焊接工藝。但焊錫熱導率較低(~50W/(m?K))，且會隨溫度變化等，并不適宜 SiC 器件在高溫下工作。

此外，焊錫層的可靠性問題也是模塊失效的一大原因。燒結銀連接技術憑借其極高的熱導率(~200W/(m?K))，低燒結溫度，高熔點等優勢，有望取代焊錫成為 SiC 器件的新型連接方法[38-39]。銀燒結工藝通常是將銀粉與有機溶劑混合成銀焊膏，再印刷到基板上，通過預熱除去有機溶劑，然后加壓燒結實現芯片和基板的連接。

為降低燒結溫度，一種方法是增大燒結中施加的壓力，這增加了相應的設備成本，而且容易造成芯片損壞；另一種方法是減小銀顆粒的體積如采用納米銀顆粒，但顆粒加工成本高，所以很多研究繼續針對微米銀顆粒進行研究以得到合適的燒結溫度、壓力、時間參數來現更加理想的燒結效果。圖 12 給出了一些典型的焊錫和燒結材料的熱導率和工作溫度對比圖。

此外，為確保碳化硅器件穩定工作，陶瓷基板和金屬底板也需要具備良好的高溫可靠性。表 2、3分別給出了目前常用的一些基板絕緣材料和底板材料，其中：λ 為熱導率；α為熱膨脹系數；R為撓曲強度；ρ 為密度。λ 越高，散熱效果越好，α 則影響了封裝在高溫工作時不同層材料之間的熱應力大小，不同材料間α 差異越大，材料層間熱應力就越高，可靠性越低。所以提高λ值 、α 值和碳化硅材料(3.7ppm/K)相近的材料是提高封裝可靠性和關鍵所在。

如表2 所示，Al2O3 具有成本低，機械強度高等優點，是目前最常用的絕緣材料，但λ 值低，α值明顯偏大，不適合碳化硅的高溫工作。

AlN λ值高，α 值接近 SiC 材料，成本合適，是目前較為理想的碳化硅器件的基板材料。BeO 雖然 λ 值高，但其強毒性則限制了其應用。

Si3N4 α 值最接近 SiC材料，而且 R 值大，在熱循環中更不容易斷裂，也是一種適合碳化硅器件高溫工作的絕緣材料，但其λ值較低，而且成本很高，限制了其廣泛的應用。

為提高陶瓷基板覆銅層的可靠性，覆鋁陶瓷板(DBA)以及活性金屬釬焊(active metal brazing，AMB)等工藝也受到人們越來越多的關注。如表 3所示，Cu 作為底板材料熱導率最高，但其與基板之間熱膨脹系數相差較大。

Al 作為底板，成本低，還可顯著降低整體重量，但在熱導率和熱膨脹系數匹配方面均表現較差。Cu基合金如 Cu/Mo，Cu/W，Cu/C 等在熱導率和熱膨脹系數方面性能均較為優越，但其密度和成本均較高。

AlSiC 的成本，密度，熱膨脹系數均十分理想，但缺點在于熱導率較低。具體使用情況需要結合實際情況綜合決定。

綜上可以看出，材料是保證碳化硅器件高溫可靠工作的根本。而在實際設計過程是，考慮多方面綜合因素尋找最合適的材料也是器件封裝設計中的一大難點所在。

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水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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