设计Cu/Zr合金接口,以提高电子包装中的热疲劳性能

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 电力电子 电力电子 电力电子

背景情况:

• 直接结合铜 (DBC) 材料在功率电子中面临限制,原因是热循环产生的机械应力.
• 不匹配的材料特性,如热膨胀系数 (CTE) 和弹性模量,导致分层和故障.

研究的目的:

• 在DBC材料中的铜-陶接口中引入一个铜- (Cu/Zr) 合金插入层.
• 为了减轻机械应力和提高电力电子基板的热疲劳抵抗力.

主要方法:

• 有或没有Cu/Zr插入层 (Cu-Cu/Zr-AlN) 的DBC基板的制造.
• 从-55°C到300°C进行热循环试验,以评估分层阻力.
• 棺材-曼森模型用于耐用性预测的应用.

主要成果:

• Cu-Cu/Zr-AlN样品的热疲劳耐力是标准DBC的3倍,耐用30个周期,而标准DBC的10个周期.
• 耐用性预测显示使用棺材-曼森模型在150°C下超过1300个周期.
• 该Cu/Zr层通过弥合铜和陶之间的CTE差异,有效地减少了应力.

结论:

• 整合一个Cu/Zr插入层显著提高了DBC材料的运行寿命和可靠性.
• 这项创新提高了高温应用的热疲劳性能和机械完整性.
• Cu/Zr合金层代表了先进功率电子技术的重大进步,确保了在苛刻的环境中可靠性.