Cu-Clip技術

在上篇討論TPAK封裝時，我們聊到了Cu-Clip技術，當然它可以應用在很多模塊封裝形式當中。當時，我們簡單地說了一些它的特點，降低寄生電感和電阻，增加載流能力，相應地提高可靠性，以及其靈活的形狀設計。在芯片面積越來越小（比如IGBT 7 和SiC）,這限制了常規綁定線的數量，但Cu-Clip技術相應地緩解了這方面的問題。

上面是綁定線和Cu-Clip的簡單示意圖。

功率半導體器件結構可以分為好多層，其中影響長期可靠性的因素是CTE（熱膨脹系數）的匹配，CTE失配而引起的應力對可靠性產生很大的影響，例如鋁綁定線脫落就是其中較為典型的例子。這是由于鋁綁定線和半導體材料之間CTE（鋁：23ppm/K,Si:3ppm/K）差異較大導致的。而銅的CTE約為16.5ppm/K，相應地可以減輕CTE失配帶來的熱機械應力問題，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，包括傳統的焊接，銀燒結以及銅燒結技術。當然這其中又牽扯到焊料，燒結工藝等，這些又都是復雜且不斷發展的領域，所以任何事物都有著值得不斷發展和迭代的過程，只是在一定的階段，它受到市場需求，成本，技術等等因素的權衡。

就像綁定線有著材料、長度、直徑、彎曲度等等因素的考量，Cu Clip也相應的會有厚度，材料，形狀等等考量。今天我們就借著一篇論文來學習一下幾個因素的影響趨勢，其采用有限元仿真的方法來比較幾個因素的影響，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，焊料采用SnAgCu，來比較Clip厚度0.5mm和1.5mm在一定溫度差下的熱機械應力，檢測位置為Clip和芯片之間的焊接層，以及芯片表面。

材料CTE的參數，

進行了歸一化處理，我們可以看到，使用較薄的Clip，連接的位置應力會更小，但滿足必要的載流能力的同時，盡量使用較薄的Clip。

應力緩解

上面的模塊圖片中，我們可以看到Clip上有開孔，主要便是為了緩解應力，而相比于不開孔，應力具體會怎么樣呢？從下面的仿真結果我們可以看到。

結果顯然，可以通過開孔來緩解應力，但孔的形狀大小和位置又有所考究，這需要我們結合實際來具體設計完善的。

Clip材料

這里，作者提出了兩種材料，一個上面說到的CMC，一個是CIC，Invar是一種鎳鐵合金，以低CTE而聞名，下面是它們的相關參數，

但是由于CIC的導電率較低，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力和應變曲線來看，CMC由于和Si較小的CTE差異而產生更小的應力。同時我們可以看到最大的應力和應變出現在芯片邊緣位置，所以又回到上一個問題，緩解應力的開孔放在和芯片接觸的邊緣位置會更好一些。

小結

今天我們又重新了解了關于Cu-Clip的一些細節，當然這也是我學習的一個過程，跟大家一起分享下。

審核編輯：劉清