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产品介绍

seCure-BC1113有压烧结铜膏由平创半导体研发，可以实现芯片级低温烧结互连，提高器件散热能力和可靠性。该产品可满足“低温烧结，高温服役”的需求，实现功率器件高温高可靠运行。

随着功率器件集成化、智能化和微型化的不断发展，功率器件的功率密度越来越高。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体器件工作结温已经超过150℃。传统的无铅合金焊料已经无法满足器件散热及可靠性需求。目前主流的替代方案是采用烧结银材料，金属银本身具有高熔点和高导热性，其热导率可以达到200 W/mK以上，是锡膏的3-5倍。然而，烧结银的价格昂贵，使得其应用成本较高，并且烧结银存在硫化和电迁移的现象，限制了其进一步的发展和应用。

铜材料也具有优异的导电导热性能，且成本仅有银的十分之一。然而，铜的熔点比银更高，因此需要更小粒径的铜粉来提高烧结的驱动力。同时更小的铜颗粒意味着氧化风险成倍增加。氧化导致烧结温度的增加，烧结时间的延长，对铜烧结的实际应用造成了困扰。

面对以上挑战，平创半导体突破了铜粉抗氧化处理工艺创新及浆料体系创新，成功开发了seCure-BC1113芯片级有压烧结铜膏，该产品具有很强的抗氧化性，工艺窗口很长，铜膏烘干后放置24h也不影响其烧结性能。其烧结工艺流程可以与纳米银烧结完全一致，烧结强度可以达到与烧结银相同的水平。

图1 锡基合金焊料，烧结银，烧结铜重要指标对比

图2 烧结铜的工艺流程

在连续印刷过程中，浆料粘度的一致性是保证印刷一致性、平整性的前提。连续印刷测试结果表明，seCure-BC1113芯片级有压烧结铜膏经过5小时的连续印刷后，粘度仅变化4%。此外独特的浆料体系支持铜浆常温放置3天，重新均质而粘度几乎不发生变化，拓宽了铜浆的工艺窗口。此外浆料烘干放置1h，3h，5h以及24h，不影响其烧结强度，因此具有更长的操作时间。

图3 烧结铜持续印刷以及常温放置粘度变化图

图4 烧结铜烘干后放置不同时间的强度数据

基于Boschman量产型烧结设备，在氮气环境下，使用seCure-BC1113有压烧结铜膏对SiC芯片（5mm*5mm）在250℃、260℃，20MPa压力下分别进行3min，5min和10min烧结。强度结果显示，即使在3min的烧结时间下，烧结铜的强度仍然＞50MPa，达到与烧结银相同的烧结效果。随着时间的延长，烧结强度逐渐提升。从工艺步骤到设备条件，烧结铜可作为替代烧结银的低成本方案，不会对客户的生产线有额外的要求。

图5 烧结铜在250℃和260℃ 20MPa压力下的烧结参数与烧结效果数据

平创半导体推出的seCure-BC1113芯片级有压烧结铜膏不仅烧结强度高，工艺窗口宽泛，并且具备优异的可靠性。烧结铜封装的器件支持最高-55-175℃的温度冲击，如图6所示，经过1000cycles的温度冲击试验，芯片的焊料层并未发生分层现象，证明烧结铜层具有优异的可靠性。在极限温度冲击条件下，器件焊层热阻仅增加10%，满足可靠性测试指标。

图6 温度冲击试验前后芯片焊层的SAT表征