高压大功率IGBT模块所产生的热量主要是通过陶瓷覆铜板传导到外壳而散发出去的,因此陶瓷覆铜板是电力电子领域功率模块封装的不可或缺的关键基础材料。目前市场上有DBC、AMB、DPC等多种陶瓷覆铜板,DBC陶瓷覆铜板因其超高性价比,市场份额超过70%。

centrotherm的DBC烧结炉将在中国生产

一、DBC陶瓷覆铜板工艺简介

直接覆铜(Direct Bonding Copper, 简称DBC)陶瓷基板是一种将高绝缘性的氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基板覆上铜金属的新型复合材料。经由1065~1085°C的环境加热,使铜金属因高温氧化、扩散与陶瓷产生共晶熔体,使铜与陶瓷基板黏合,形成陶瓷复合金属基板;然后根据线路设计菲林贴膜曝光显影,通过刻蚀方式制备线路基板。

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DBC陶瓷覆铜板制造的核心工艺是陶瓷表面金属化技术,Al2O3和AlN陶瓷基板的表面金属化技术大致相同。Al2O3陶瓷基板为例,通过在含氧的N2气氛中,将陶瓷基板加热,使铜箔直接焊覆在Al2O3基板上。在陶瓷表面金属化过程中,Cu原子与O原子形成的Cu2O共晶液相,湿润了互相接触的铜箔和Al2O3陶瓷表面,同时还与Al2O3发生反应,生成Cu(AlO2)2, Cu(AlO2)等复合氧化物,充当共晶钎焊用的焊料,使二者牢固地结合在一起。AlN陶瓷基板是一种非氧化物陶瓷,覆接铜箔的关键是使其表面形成符合上述覆接条件的过渡层。在过渡层上覆接铜箔的机理与Al2O3陶瓷基板大致相同。

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DBC陶瓷覆铜板工艺流程

该技术是上世纪70年代初由美国通用电气(GE)公司研发成功。由于该键合技术工艺复杂,后续工艺工序繁琐以及专用工艺设备的限制,致使在DBC技术研发成功的最初十几年内,几乎未能形成DBC陶瓷覆铜板的规模生产。但DBC陶瓷覆铜板的各种优异特性引起美国和西欧大型器件公司的高度重视,经过扎实研发解决了铜和陶瓷的浸润工艺,使DBC陶瓷覆铜板实现了良好的分子键合,大大提高了DBC陶瓷覆铜板的性能。

二、centrotherm的DBC烧结炉

centrotherm(简称CT)是一家具有70多年历史的设备制造商,总部位于德国Blaubeuren。热处理生产解决方案和镀膜技术是CT的核心竞争力之一。除了晶圆制造、模块封装以及光伏等增长型领域,CT的创新解决方案也被应用于碳纤维生产等面向未来的新领域。

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CT的直接铜键合(Direct Copper Bonding)烧结炉是DBC陶瓷覆铜板制造过程中的核心设备,该设备在直接铜键合应用上提供了可靠的工艺方案及优异的工艺性能,以确保经济和高效生产。目前全球前三大DBC陶瓷覆铜板制造商都是CT的客户。

长期以来,该设备都在德国Blaubeuren生产,为了适应市场需求,逐步缩短设备交期和降低设备价格,未来该款设备将会在CT的昆山工厂进行生产。昆山工厂的第一台DBC烧结炉计划于明年中交付给客户。

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主要设备参数 c.DCB
最高温度 1160°C
传送带温度均匀性(键合区域) ± 1.5 K
工艺气体 Nitrogen (N2), air, Oxygen (O2)
传送带速 50 – 300 mm/min
传送带宽度 400 mm
传送带上方高度 70 mm
设备长度 17000 mm
加热区数量 16
设备重量 12000 kg
最大功率 200 kW
三、centrotherm的真空焊接炉
除了上述c.DCB烧结炉在昆山工厂生产外,CT的 c.VACUNITE系列真空焊接炉也会在昆山工厂生产,并且第一台c.VACUNITE系列设备已经完成出货。c.VACUNITE系列真空焊接炉基于使用目的和使用场景的不同,从实验机到量产机共分为6种不同的机型。目前,世界范围内累计出货量已经超过350台。

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该系列真空焊接炉可满足在先进封装和功率半导体封装中对超洁净无空洞焊接的最高要求。在IGBT和SiC模块封装方面,其功能是完成芯片和DBC陶瓷覆铜板的焊接,完成DBC/AMB陶瓷覆铜板和铜底板/热沉的焊接。c.VACUNITE真空焊接系统可在100%纯氢气(H2),甲酸(HCOOH)或混合气体(H2/N2)气氛下进行工艺,焊接空洞率可低至1%以下。

其中,最新型号c.VACUNITE 300A可搭配自动化上下料,实现在线大规模生产。同时模块化的设计理念,让客户后续扩产更便捷。

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如果您想要了解更多的设备信息,请致电:021-61621018 ,或关注微信公众号“centrotherm上海”,或登录公司网站 https://www.centrotherm.de/zh/

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原文始发于微信公众号(艾邦半导体网):centrotherm的DBC烧结炉将在中国生产

作者 li, meiyong