隨著半導(dǎo)體器件向高功率、高頻率和高集成度方向快速發(fā)展,芯片在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量日益增加,對(duì)封裝材料的熱管理性能提出了更高要求。在眾多封裝材料中,鉬銅合金(Mo-Cu alloy)因其優(yōu)異的熱性能和熱膨脹匹配性,成為高端功率器件與半導(dǎo)體芯片封裝中的理想候選材料。
Mo-Cu合金是一種以鉬(Mo)為增強(qiáng)相、銅(Cu)為連續(xù)相的金屬基復(fù)合材料,兼具鉬的高熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)與銅的高導(dǎo)熱性、高導(dǎo)電性。通過(guò)粉末冶金工藝制備而成的鉬銅合金,密度較低,組織致密,能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)銅含量(一般為1535 wt%),從而控制熱膨脹系數(shù)(CTE)在69 ×10??/K范圍內(nèi)。這一數(shù)值與硅(Si,約3~4 ×10??/K)、砷化鎵(GaAs,約6 ×10??/K)等常見(jiàn)半導(dǎo)體材料較為接近,有助于在芯片與載體之間實(shí)現(xiàn)熱膨脹的匹配,顯著降低熱應(yīng)力,提升器件穩(wěn)定性與使用壽命。
此外,Mo-Cu合金具備極高的熱導(dǎo)率,一般在180~220 W/m·K之間,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的陶瓷基封裝材料(如Al?O?或AlN)和鐵鎳合金(Kovar)。這使其在芯片散熱中發(fā)揮關(guān)鍵作用,尤其適用于IGBT、激光器、射頻功率放大器等對(duì)散熱要求苛刻的器件封裝中。鉬銅材料可以作為芯片的熱沉、底板或中間熱擴(kuò)散層,有效將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至散熱系統(tǒng),從而避免過(guò)熱損壞。
在加工適配性方面,Mo-Cu合金也優(yōu)于其他高溫合金。得益于銅相的存在,該材料具有良好的機(jī)械加工性能,適用于CNC車(chē)削、銑削、研磨和表面鍍層處理等常規(guī)工藝,能夠滿(mǎn)足高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造要求,便于集成式設(shè)計(jì)與小型化器件的封裝應(yīng)用。
不過(guò),鉬銅合金在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定挑戰(zhàn)。例如其在高溫氧化環(huán)境下表面易氧化,需要在真空或惰性氣體保護(hù)下使用;同時(shí)銅的存在會(huì)導(dǎo)致熔點(diǎn)降低,限制其在極高溫度環(huán)境中的長(zhǎng)期使用。但通過(guò)進(jìn)一步的材料改性(如添加Re、La等微合金元素)和表面防護(hù)措施,可在一定程度上提升其高溫抗氧化能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。