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              什么是DTS?簡單認識DTS技術

              功率半導體那些事兒 ? 來源:功率半導體那些事兒 ? 作者:功率半導體那些事 ? 2024-01-02 09:51 ? 次閱讀

              加入國產半導體的隊伍也有兩月,雖然時間不長,但感受到了無盡的激情,從工業為主的日常工作內容到電動汽車為主,新的應用領域有著很多不一樣的東西和樂趣。

              今天我們來聊一聊車規模塊中的一種芯片表面互連技術--Die Top System, DTS。

              前言

              什么是DTS?這個詞匯也是前段時間才第一次聽說,可能很多朋友早就聽說過或者接觸過,突然覺得孤陋寡聞了。出于成本的原因,工業模塊中很少會采用這種技術,所以很多小伙伴不是很了解,包括我自己。

              所以,知識的海洋很大,我們只是在其中一葉小舟,在前行的過程中不斷地積累,以應對不同的風浪。

              DTS技術

              DTS技術由Heraeus提出的一種芯片頂部系統技術,以下基于賀利氏的一篇論文展開,Aarief Syed-Khaja, "Material Solutions for High-reliability and Hightemperature Power Electronics".

              模塊內部采用的連接技術最常見的是焊接和鋁線互連,通常使用的鋁線線徑在100um~500um,而這些在150℃以上時,這些的可靠性就有了局限性。這也是很多應用要求模塊封裝技術不斷推陳出新的因素之一,比如新能源汽車。

              隨著運行溫度和可靠性要求的提升,在車規模塊中采用銅線代替鋁線,但銅線直接鍵合到傳統的芯片金屬化會導致一些損傷和缺陷,這一點在我們之間聊丹佛斯DBB技術時提到過。從而賀利氏推出的DTS技術有效地解決了硬銅線綁定的一些顧慮,下面是DTS的橫截面圖,

              1e545a48-a7b2-11ee-8b88-92fbcf53809c.png

              它包含了在銅片上的預涂銀層,來保護芯片免受相對于鋁綁定線而言更高的鍵合力。同時,它將芯片電流產生的熱量均勻地分布到整個芯片表面,降低芯片局部溫度峰值,改善了電熱性能。

              銀燒結

              傳統焊料的熔點在220℃~240℃之間,在較高的運行溫度下會出現過早的失效,特別是碳化硅此類的寬禁帶半導體的應用中。而銀的熔點在962℃左右,非常薄的銀層(如20um或30um)作為粘合層,能夠滿足高溫要求。同時銀的高熱導率200W/mK,具有較低的熱阻。

              DTS

              DTS是銅箔帶有預涂銀膏的組合,主要適用于單面水冷設計,其中芯片的熱量也可以有效的從芯片頂部耗散。DTS交付時是保存在8英寸的框架中,易于處理和存儲,銅箔厚度為50um,預印的銀膏為40um。

              組裝過程

              使用DTS技術的模塊制造和傳統燒結生產過程相似,在基板上放置芯片,取出DTS熱放在芯片表面,可以將模塊內部所有芯片放置完成之后再放置DTS,或者芯片和DTS交替放置,根據實際需求選擇。DTS和芯片同時燒結。

              燒結參數

              燒結機和工藝參數主要決定了燒結質量。主要參數為時間、壓力和溫度。燒結質量也受到組件上的壓力分布、組件的高度、表面污染和工藝氣氛的影響。通過燒結接頭的孔隙度來評價其質量。對于帶有SMD組件的模塊,如ntc和墊片,應使用適當的高度補償支撐材料。

              線鍵合

              傳統的半導體芯片采用了標準的鋁金屬化技術。銅線結合在鋁金屬化上是不可能的,需要一個兼容的厚銅金屬化。為了粘合一根直徑為300μm的銅線,需要至少40μm的高質量銅金屬化,以不損害芯片的活性表面。傳統的濕鍍銅還不可能,但仍在研究階段,以高質量實現這一目標。DTS技術可以很好地解決這一問題,能夠滿足500um的粗銅線。

              可靠性

              DTS系統與銀燒結結合應用對其可靠性有巨大的影響。僅用銀燒結劑代替焊料,用DTS燒結和銅線代替頂部鋁線,在極端條件下,結溫度至少降低了10K,壽命至少增加了10倍。

              燒結質量對模塊的可靠性有重要影響,DTS的設計是為了使設備能夠一步燒結,并避免額外的膏印和檢查步驟。器件的兩步燒結過程,即芯片燒結后再進行DTS燒結,可能會在芯片頂部帶來粘附問題,導致燒結質量差。在不可避免的兩步燒結的情況下,建議在放置DTS前進行等離子體清潔步驟。

              小結

              可見,DTS是為了更好地使用銅綁定線,所有我們經??吹降慕M合是DTS+TCB,使得模塊能夠運行在更高的結溫和具有更高的可靠性,適用于SiC等第三代半導體的需求。

              DTS技術的推出其實和丹佛斯DBB技術有著不小的淵源,有時候推陳出新更多的是優化和創新的結合。我們不也正是在學習的路上希望著能夠有所創新嘛!

              審核編輯:湯梓紅

              聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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              原文標題:DTS (Die Top System)技術

              文章出處:【微信號:功率半導體那些事兒,微信公眾號:功率半導體那些事兒】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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