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NTC热敏芯片与铜线邦定 -澳门永利游戏登入_澳门永利皇宫棋牌下载-澳门永利游戏最新网站
发布者 : admin 发布时间 : 2020/08/04 09:08:38


广东澳门永利游戏最新网站科技有限公司生产的高精度NTC热敏芯片(精度可达±0.5%、±1%、±2%、±3%),因其电阻值随温度变化而变化的特点,通常以邦定的形式应用于IGBT模块、光通讯模块、红外热电堆、热敏打印头等。


在芯片邦定技术中,铜线邦定代替铝线邦定已成为半导体产业发展史的重要里程碑之一,而且在半导体技术发展过程中立下了汗马功劳。然而,在功率半导体领域里,铜线邦定并没有被大量引入和应用,其市场份额不足1%,至今仍面临很多工艺问题。


使用铜线邦定的一个必要条件是NTC热敏芯片的表面金属化同样需要进行调整。因为对于功率半导体而言,热敏芯片表面金属化一般采用铝,而铝材质偏软,铜偏硬,二者是无法实现直接键合的。那么是否可以改成强度更高的金属层呢?实验发现铜是非常合适的金属,而且非常适合铜线或者铜带在其表面进行互联。另外,功率半导体一般采用直径更大的邦定线,这就要求表面铜金属化需要一定的厚度,也就是所谓的厚铜工艺。然而,(厚)铜表面金属化工艺目前存在以下问题:


一、表面铜金属化普遍采用的是电镀(ECD)法。铜作为一种扩散金属,具有较高的溶解度和扩散系数,可以在较低的温度下快速扩散,并且能扩散到二氧化硅层,进而进入硅中并在其中引入深陷阱能级,导致少数载流子寿命的减少和结点漏电流的增加,引致器件性能、可靠性降低甚至失效;


二、在生产过程中,铜在空气和低温环境下(<200℃)比较容易氧化,而且不能像锌和镍一样形成致密保护层来阻止进一步氧化和腐蚀;


三、铜对氧化硅等介质材料的附着性较差,极易剥离脱落。然而,功率半导体需要的邦定线比较粗,也就要求表面金属化需要一定的厚度以保证邦定过程中能承受更大的压力和功率,厚铜工艺反而会导致更加严重的剥离问题。


四、生产设备昂贵,想积淀一定厚度的铜原子层很困难,成本非常高。


对于铜线邦定工艺来讲,困难和问题不在邦定线本身,而在于热敏芯片表面需要通用使用铜才能实现铜邦定线的工艺。Danfoss BondBuffer(DBB),字面理解就是邦定缓冲层,而铜邦定线就是打在这个Buffer层上,意味着热敏芯片表面并没有采用铜金属化工艺,从而去避免上述各种问题。对于该技术,Danfoss基本上包含了这种工艺的典型加工工艺:直接在晶圆上贴附Buffer铜层以及烧结材料;将带着Buffer铜层但是并未烧结的芯片放置到DBC上;然后上下一起一次烧结成型的这样一个完整过程,如下图所示:

首先,一个整体的Buffer铜层(3),固定在一个支架(1)上;根据芯片在晶圆上的分布和外形将Buffer铜层做出跟芯片对应的外形,芯片(6)表面预涂烧结银复合层(7);然后将Buffer层放置在晶圆上压紧,撤去支架。在晶圆上处理完成后,需要把芯片从晶圆上取下来放置到DBC上,如下图完成芯片(2)DBC上的集成,然后再进行整体的烧结工艺。同时,芯片表面就具有了相当厚的铜金属化层,然后进行铜线邦定的连接工艺。

对于功率半导体模块而言,引入铜线邦定的最大的意义在于提高可靠性以及实际工作温度。除此之外,还有以下几点对可靠性以及性能的提升:


一、功率循环能力增强;

二、降低内部阻抗;

三、减小热阻

四、改善焊层老化以及空洞问题

五、改善热敏芯片表面电流分布;

六、改善热敏芯片表面温度分布。


其中,阻抗降低得益于铜材料具有更低的电阻率;热阻的降低得益于NTC热敏芯片背面连接采用的烧结工艺;同样地,焊层老化以及空洞问题也都是得益于烧结工艺的导入。






参考数据:


微信公众号 IGBT应用之家 IGBT应用之家》


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