廣東愛晟電子科技有限公司生產(chǎn)的高精度NTC熱敏芯片（精度可達(dá)±0.5%、±1%、±2%、±3%），因其電阻值隨溫度變化而變化的特點(diǎn)，通常以邦定的形式應(yīng)用于IGBT模塊、光通訊模塊、紅外熱電堆、熱敏打印頭等。

在芯片邦定技術(shù)中，銅線邦定代替鋁線邦定已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展史的重要里程碑之一，而且在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展過程中立下了汗馬功勞。然而，在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域里，銅線邦定并沒有被大量引入和應(yīng)用，其市場(chǎng)份額不足1%，至今仍面臨很多工藝問題。

使用銅線邦定的一個(gè)必要條件是NTC熱敏芯片的表面金屬化同樣需要進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)閷?duì)于功率半導(dǎo)體而言，熱敏芯片表面金屬化一般采用鋁，而鋁材質(zhì)偏軟，銅偏硬，二者是無法實(shí)現(xiàn)直接鍵合的。那么是否可以改成強(qiáng)度更高的金屬層呢？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銅是非常合適的金屬，而且非常適合銅線或者銅帶在其表面進(jìn)行互聯(lián)。另外，功率半導(dǎo)體一般采用直徑更大的邦定線，這就要求表面銅金屬化需要一定的厚度，也就是所謂的厚銅工藝。然而，(厚)銅表面金屬化工藝目前存在以下問題：

一、表面銅金屬化普遍采用的是電鍍(ECD)法。銅作為一種擴(kuò)散金屬，具有較高的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)，可以在較低的溫度下快速擴(kuò)散，并且能擴(kuò)散到二氧化硅層，進(jìn)而進(jìn)入硅中并在其中引入深陷阱能級(jí)，導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命的減少和結(jié)點(diǎn)漏電流的增加，引致器件性能、可靠性降低甚至失效；

二、在生產(chǎn)過程中，銅在空氣和低溫環(huán)境下（＜200℃）比較容易氧化，而且不能像鋅和鎳一樣形成致密保護(hù)層來阻止進(jìn)一步氧化和腐蝕；

三、銅對(duì)氧化硅等介質(zhì)材料的附著性較差，極易剝離脫落。然而，功率半導(dǎo)體需要的邦定線比較粗，也就要求表面金屬化需要一定的厚度以保證邦定過程中能承受更大的壓力和功率，厚銅工藝反而會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的剝離問題。

四、生產(chǎn)設(shè)備昂貴，想積淀一定厚度的銅原子層很困難，成本非常高。

對(duì)于銅線邦定工藝來講，困難和問題不在邦定線本身，而在于熱敏芯片表面需要通用使用銅才能實(shí)現(xiàn)銅邦定線的工藝。Danfoss BondBuffer（DBB），字面理解就是邦定緩沖層，而銅邦定線就是打在這個(gè)Buffer層上，意味著熱敏芯片表面并沒有采用銅金屬化工藝，從而去避免上述各種問題。對(duì)于該技術(shù)，Danfoss基本上包含了這種工藝的典型加工工藝：直接在晶圓上貼附Buffer銅層以及燒結(jié)材料；將帶著Buffer銅層但是并未燒結(jié)的芯片放置到DBC上；然后上下一起一次燒結(jié)成型的這樣一個(gè)完整過程，如下圖所示：

首先，一個(gè)整體的Buffer銅層（3），固定在一個(gè)支架（1）上；根據(jù)芯片在晶圓上的分布和外形將Buffer銅層做出跟芯片對(duì)應(yīng)的外形，芯片（6）表面預(yù)涂燒結(jié)銀復(fù)合層（7）；然后將Buffer層放置在晶圓上壓緊，撤去支架。在晶圓上處理完成后，需要把芯片從晶圓上取下來放置到DBC上，如下圖完成芯片（2）在DBC上的集成，然后再進(jìn)行整體的燒結(jié)工藝。同時(shí)，芯片表面就具有了相當(dāng)厚的銅金屬化層，然后進(jìn)行銅線邦定的連接工藝。

對(duì)于功率半導(dǎo)體模塊而言，引入銅線邦定的最大的意義在于提高可靠性以及實(shí)際工作溫度。除此之外，還有以下幾點(diǎn)對(duì)可靠性以及性能的提升：

一、功率循環(huán)能力增強(qiáng)；

二、降低內(nèi)部阻抗；

三、減小熱阻；

四、改善焊層老化以及空洞問題；

五、改善熱敏芯片表面電流分布；

六、改善熱敏芯片表面溫度分布。

其中，阻抗降低得益于銅材料具有更低的電阻率；熱阻的降低得益于NTC熱敏芯片背面連接采用的燒結(jié)工藝；同樣地，焊層老化以及空洞問題也都是得益于燒結(jié)工藝的導(dǎo)入。

參考數(shù)據(jù)：

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