Cu-Clip技術(shù)

在上篇討論TPAK封裝時(shí)，我們聊到了Cu-Clip技術(shù)，當(dāng)然它可以應(yīng)用在很多模塊封裝形式當(dāng)中。當(dāng)時(shí)，我們簡(jiǎn)單地說(shuō)了一些它的特點(diǎn)，降低寄生電感和電阻，增加載流能力，相應(yīng)地提高可靠性，以及其靈活的形狀設(shè)計(jì)。在芯片面積越來(lái)越?。ū热?a target="_blank">IGBT 7 和SiC）,這限制了常規(guī)綁定線(xiàn)的數(shù)量，但Cu-Clip技術(shù)相應(yīng)地緩解了這方面的問(wèn)題。

上面是綁定線(xiàn)和Cu-Clip的簡(jiǎn)單示意圖。

功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可以分為好多層，其中影響長(zhǎng)期可靠性的因素是CTE（熱膨脹系數(shù)）的匹配，CTE失配而引起的應(yīng)力對(duì)可靠性產(chǎn)生很大的影響，例如鋁綁定線(xiàn)脫落就是其中較為典型的例子。這是由于鋁綁定線(xiàn)和半導(dǎo)體材料之間CTE（鋁：23ppm/K,Si:3ppm/K）差異較大導(dǎo)致的。而銅的CTE約為16.5ppm/K，相應(yīng)地可以減輕CTE失配帶來(lái)的熱機(jī)械應(yīng)力問(wèn)題，同樣又可以降低回路電感和電阻。

Cu clip粘接到其他表面的方式也有很多種，包括傳統(tǒng)的焊接，銀燒結(jié)以及銅燒結(jié)技術(shù)。當(dāng)然這其中又牽扯到焊料，燒結(jié)工藝等，這些又都是復(fù)雜且不斷發(fā)展的領(lǐng)域，所以任何事物都有著值得不斷發(fā)展和迭代的過(guò)程，只是在一定的階段，它受到市場(chǎng)需求，成本，技術(shù)等等因素的權(quán)衡。

就像綁定線(xiàn)有著材料、長(zhǎng)度、直徑、彎曲度等等因素的考量，Cu Clip也相應(yīng)的會(huì)有厚度，材料，形狀等等考量。今天我們就借著一篇論文來(lái)學(xué)習(xí)一下幾個(gè)因素的影響趨勢(shì)，其采用有限元仿真的方法來(lái)比較幾個(gè)因素的影響，并且提出了新的Clip材料CMC（銅-鉬-銅）。

Clip的厚度

采用AlN基板，三芯片（IGBT和FRD）并聯(lián)，焊料采用SnAgCu，來(lái)比較Clip厚度0.5mm和1.5mm在一定溫度差下的熱機(jī)械應(yīng)力，檢測(cè)位置為Clip和芯片之間的焊接層，以及芯片表面。

材料CTE的參數(shù)，

進(jìn)行了歸一化處理，我們可以看到，使用較薄的Clip，連接的位置應(yīng)力會(huì)更小，但滿(mǎn)足必要的載流能力的同時(shí)，盡量使用較薄的Clip。

應(yīng)力緩解

上面的模塊圖片中，我們可以看到Clip上有開(kāi)孔，主要便是為了緩解應(yīng)力，而相比于不開(kāi)孔，應(yīng)力具體會(huì)怎么樣呢？從下面的仿真結(jié)果我們可以看到。

結(jié)果顯然，可以通過(guò)開(kāi)孔來(lái)緩解應(yīng)力，但孔的形狀大小和位置又有所考究，這需要我們結(jié)合實(shí)際來(lái)具體設(shè)計(jì)完善的。

Clip材料

這里，作者提出了兩種材料，一個(gè)上面說(shuō)到的CMC，一個(gè)是CIC，Invar是一種鎳鐵合金，以低CTE而聞名，下面是它們的相關(guān)參數(shù)，

但是由于CIC的導(dǎo)電率較低，雖然CTE和Si更為接近，但是溫升卻很高，并不是一個(gè)理想的Clip材料，所以這里作者只比較了純銅和CMC。

從相同芯片表面的應(yīng)力和應(yīng)變曲線(xiàn)來(lái)看，CMC由于和Si較小的CTE差異而產(chǎn)生更小的應(yīng)力。同時(shí)我們可以看到最大的應(yīng)力和應(yīng)變出現(xiàn)在芯片邊緣位置，所以又回到上一個(gè)問(wèn)題，緩解應(yīng)力的開(kāi)孔放在和芯片接觸的邊緣位置會(huì)更好一些。

小結(jié)

今天我們又重新了解了關(guān)于Cu-Clip的一些細(xì)節(jié)，當(dāng)然這也是我學(xué)習(xí)的一個(gè)過(guò)程，跟大家一起分享下。

審核編輯：劉清