【技术】铜在陶瓷基板市场中的广泛应用和技术优势详解

时间： 2022-11-17 来源：罗杰斯先进电子解决方案公众号

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对于功率半导体器件来说，硅是最常见的元素，然而由于铜的高导电性，对于印刷电路板（PCB）和陶瓷基板上的基板来说，铜是最佳选择。由于铜的导热率，所以铜成为基板和散热底板最常用的材料。而且，铜对于功率器件的金属化和互连来说非常重要。日益增加的能量密度、载流能力和可靠性要求也是铜在行业中广泛使用的原因。铜有以下优点：易于获得、相对便宜，供应稳定。

铜和铝的比较

根据具体应用，铝是铜的最佳替代品。例如，在散热底板中，铝与铜相比，更便宜、更轻，所以铝是首选材料。但是，对于导热率比减重更重要的某些应用，铜是更理想的材料。在室温条件下，铜的导热率为400W/m-K，而铝的导热率为235W/m-K。因此，在所有其它因素相同的条件下，铜制散热底板的散热效果优于铝制散热底板。所以，许多带有集成铜扰流柱散热底板的功率模块目前已被市场认可，并成功用于混合动力和电动车辆领域。

铝和铝合金被广泛用于芯片金属化。它们的电阻较低，且在硅和氧化硅层上有良好粘附性。尽管如此，由于铜具有更好的导热及导流能力，芯片领域已经引入铜金属化技术来代替铝金属化。电阻率较低能使单位面积的电流较高，且单位电流发热量较少，而且较高的导热率能更有效地散热。这两个明显优点使铜的电流更高、紧凑化效果更好。不足的是，在干法蚀刻工艺中，铜不像铝一样易于蚀刻化。所以，不是所有芯片都使用铜金属化处理。而且，由于成本和应力问题，铜金属化厚度只能在5μm 和10μm之间，不过层厚越大越能保障更大的电流驱动能力、更高的热容量和散热能力。虽然，可能有一些变通方案，如丹佛斯公司利用其键合缓冲技术，将一个薄铜箔熔结到芯片顶部。

将铜用于标准芯片金属化处理的另一个驱动因素是可靠性。在最先进的功率模块中发生的故障的主要原因是键合线脱落。因此，已经研发了将多个芯片互连接入功率模块的新方案，以代替传统铝线。许多方案依赖于不同形状和几何结构的铜材料：铜线、铜带、铜柱、铜快接或铜框架，这些可以锡焊、烧结或焊接到芯片上。其它方案包括平面互连和芯片嵌入技术，在这些技术中，顶部电极触点通过铜通孔连接起来。

重铜不再足够厚重

尽管某些基板仍采用铝金属化处理，PCB内外层导线和陶瓷基板主要使用铜。

铜厚度可以规定为以盎司为单位的每平方英尺的铜重量（oz/ft²）。市场上最常见的PCB是为低功率应用生产制造的，其铜导线用重量不小于0.5oz/ft² （18µm）且不超过3oz/ft² （105µm）铜制成的。对于大功率应用，厚实的铜电路可以用重量在4oz/ft² （140µm）和 20oz/ft² （686µm）之间的铜制作。铜重量也可以超过20oz/ft²，这种铜被称为极度铜。

尤其是，直接键合铜（DBC）和活性金属钎焊（AMB）基板被用于将多个功率器件并联安装到一个模块上，以实现规定应用要求的额定功率。可以获得铜厚度127µm到800 µm的这种基板。但是，功率模块也确实有微型化趋势。因此，模块制造商日益增加对半导体和封装技术的要求，以便进一步提高现有或更小元器件封装的输出功率。而且，因为性能提高不应影响成本和可靠性，所以基板和底板或散热底板必须用新的连接技术，或最好集成到一个组件中。因此最终促使铜层厚度超过1mm的基板的研发。

通常，厚铜层利用和标准铜层一样的湿法化学蚀刻工艺生产制作。因为其各向同性的特征，湿法化学蚀刻不适合制作厚铜层，否则会造成导线之间有较大沟槽，而客户需要较窄沟槽，以减少模块封装尺寸。因此，必须研发专门的构建技术，来实现小间隙、直侧壁和可忽略不计的底部内切

作为陶瓷基板市场的领先供应商，罗杰斯科技持续开发和引领新的材料和技术，以满足客户对新产品的特定需求。

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Rogers（罗杰斯） RO3000系列线路板材料RO3003/RO3006/RO3010/RO3035高频层压板数据手册

RO3000®系列高频电路材料是一种陶瓷填充PTFE复合材料，适用于商业微波和射频应用。该系列产品旨在提供卓越的电学和机械稳定性，同时保持具有竞争力的价格。这些基板在X和Y轴上的热膨胀系数（CTE）为17 ppm/°C，与铜匹配，提供了优异的尺寸稳定性。Z轴CTE为24 ppm/°C，即使在恶劣的热环境中也能提供出色的通孔可靠性。

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2015年04月05日 - 数据手册 - Revised 1105 代理服务技术支持采购服务

罗杰斯curamik®金属化陶瓷基板助力eVTOL电子系统可靠运行

eVTOL在纯电驱动下低空飞行，其电动化推进系统类似新能源汽车的大三电系统，但又具有更高的性能挑战，包括高功率密度、轻量化、高耐压、续航能力、高安全标准等方面。随之带来的，则是对推进系统中所采用的功率模块实现更高的性能要求。ROGERS罗杰斯curamik®陶瓷基板凭借在轨道交通、新能源汽车等行业40余年的经验积累，积极应对eVTOL电动化系统的独特挑战，助力电动化推进系统的效率和安全保障。

2024-12-11 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【产品】罗杰斯新推curamik® Endurance直接覆铜陶瓷基板，适用于大功率应用

罗杰斯先进电子解决方案（AES）新近推出了curamik Endurance基板，它是一款直接覆铜陶瓷基板，拥有增强的可靠性。相比于相同规格的材料，curamik® Endurance基板的性能更加出色，能更好地适用于大功率应用。

2021-08-06 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【应用】浅谈直接键合铜（DBC）和活性金属钎焊（AMB）陶瓷基板在多种领域的应用

Al2O3和掺杂氧化锆的Al2O3 DBC基板足以满足60V以下的低压应用，例如轻度混合动力汽车中的皮带起动发电机。尽管随着电气化水平的提高，输出功率要求以及功率密度、功率循环和鲁棒性要求均不断提高。因此，需要新的材料和接合技术来改善功率半导体器件的散热。氮化硅（Si3N4）AMB基板是这类应用的完美选择。但Si3N4的热导率远高于Al2O3。

2020-11-19 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

Rely On Rogers | 罗杰斯为提高光伏逆变器效率和可靠性提供陶瓷基板和母线排

太阳能逆变器或称光伏（PV）变流器，可将光伏太阳能电池板的直流（DC）输出转换为交流电（AC），以便馈入商业电网或供本地离网电网使用。逆变器是太阳能系统的关键元件，而且随着新半导体技术加快切换频率、提高功率密度，逆变器设计师需要不断创新，降低成本，同时还要保证太阳能系统的关键特征。罗杰斯的电力电子材料解决方案，在提高太阳能逆变器的效率、性能和可靠性方面有着出色的表现。

2024-11-23 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【材料】罗杰斯curamik®金属化陶瓷基板使能高效可靠的电力分配方式，最大程度地降低传导损耗

大型家用电器以及空调和供暖系统都需要高效可靠的电力分配方式，罗杰斯的curamik®金属化陶瓷基板让变频驱动器和高效转矩电机以及IGBT 和 MOSFET 模块得以实现，将电力分配到更广泛的功能区，同时最大程度地降低传导损耗。

2024-08-15 - 产品代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 6006/6010LM 高性能板材数据手册

本资料介绍了RT/duroid® 6006和RT/duroid 6010LM两种微波基板材料。这两种材料专为电子和微波电路应用设计，具有高介电常数、低损耗、良好的热稳定性和耐湿性等特点。

ROGERS - HIGH FREQUENCY LAMINATES,高频层压板,微波电路板材,RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0250+-001/DI,6010.2LM 20X20 HH/HH 0250+-001/DI,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,6010.2LM 20X20 1E/063AL 0250+-001/DI,6010.2LMNS 20X20 HH/HH 0050+-0005/DI,6010.2LM 20X20 H1/063AL 0100+-001/DI,RT/DUROID® 6010LM,6010.2LM 10X10 2E/150AL 0250+-001/DI,RT/DUROID® 6006,6010.2LM 10X10 H2/H2 0500+-002/DI,RT/DUROID 6000,RT/DUROID 6010.2LMNSPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 5E/5E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,6010.2LM 10X10 H1/H1 0100+-001/DI,RT/DUROID 6010.2LMPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI,室内照明,地面雷达预警系统,车载娱乐,功率放大器,车载,电力,照明,车联网,手机相关,GROUND RADAR WARNING SYSTEMS,装备及逆变电源,POWER AMPLIFI ERS,智能家居,国防工业设备,AIRCRAFT COLLISION AVOIDANCE SYSTEMS,物联网,安全系统,机车,贴片天线,工业设备控制,飞机防撞系统,车身和底盘,电动汽车动力系统,通信设备,车载通讯,可再生能源,工业自动化,工业伺服,轨道交通,SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS,仓储,卫星通信系统,PATCH ANTENNAS

2011年03月01日 - 数据手册 - Revised 03/2011 0938-0111-.5CC 代理服务技术支持采购服务

Rely On Rogers | 罗杰斯电力电子产品解决牵引系统电气化的大功率挑战

罗杰斯的先进电子解决方案在配电领域拥有独特优势。牵引系统中功率模块发挥着核心作用，curamik®陶瓷基板有助于大功率模块有效散热及可靠性。对于配电，ROLINX®母线排可用作牵引系统的配电“高速路”。设计合理的叠层母线排可实现最低整体系统电感和最平衡的分布电容，成为高需求推进引擎的理想选择。

2024-11-08 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

Kyocera（京瓷）公司介绍（中文）

资料主要介绍了京瓷株式会社（KYOCERA Corporation）的基本信息，包括公司成立时间、年度营收、员工数量等。此外，还简要介绍了公司的工业用精密刀具业务，该业务涉及陶瓷或硬质合金材料的刀具，广泛应用于液晶胶片、锂电池切割等领域。资料还包含了一些图表和数据，展示了公司的财务状况和业务发展情况。

KYOCERA - 陶瓷多层基板,电容器,模块基板,混合金属陶瓷,ECU基板,M2M通信模块,陶瓷预热塞,陶瓷电容,高密度多层印刷电路板,汽车零部件,感光磁鼓,特订工具,电子零部件,陶瓷零部件,摄像头模块,显示屏,钽电容,裙摆,积层型压电元件,切削工具,水晶零部件,蓝宝石基板,住宅用太阳能发电系统,SAW元件,打印机,复合机,铁氧体零部件,时钟振荡元件,积层电路板,离电子蓄电系统,半导体环氧树脂封装材料,非晶硅感光磁鼓,人工牙龈,HEMS,厨具,热敏打印头,功率半导体,印刷电路板,医用材料,基板,魔术砖,半导体零部件,工业用精密刀具,砖石粘胶,家庭能源管理系统,公共、产业用太阳能发电系统,智能手机,珠宝饰品,电力电子功率模块,加热棒,电力电子功率器件,平板电脑,光学零部件,通信设备,精密陶瓷零部件,功能手机,陶瓷厨具,有机化学材料,液晶显示屏,环保,航空,相片打印机,建筑机械,消费电子,车载,图像传感器,照明,条形码收据打印机,高端服务器,无线通信终端,节能环保,移动终端,固体氧化物燃料电池,氧传感器,燃料喷射装置,光纤通信,能源,调控电力,LED,数码设备,通信设备,汽车周边,变换电力,工业电子,汽车前照灯,电脑,发光二极管,通信系统,超高真空设备,液晶生产设备,车载ECU,可穿戴设备,工业设备,汽车电子,医疗保健,信息通信,SOFC

2017年02月09日 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务