銅是我們很熟悉的一種金屬，但是我們卻不是很了解它。
事實(shí)上，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娖鳎约半娏Α⑿畔⑼ㄓ嵉然A(chǔ)設(shè)施，都離不開它們。
其中，純度高的無(wú)氧銅在支持高性能電子設(shè)備和大容量通信方面發(fā)揮著重要作用。
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古河電工生產(chǎn)的無(wú)氧銅帶"GOFC?"具有一般無(wú)氧銅所沒(méi)有的"高耐熱性"，它是在解決功率半導(dǎo)體制造商等客戶面臨的問(wèn)題時(shí)誕生的。
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99.99%無(wú)氧銅，無(wú)形中支撐著我們的生活
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以 10 日元硬幣為人熟知的銅，與其他金屬相比非常容易導(dǎo)電，因此被用作電子設(shè)備和電器等零件不可或缺的材料。例如，它們被用在看不見(jiàn)的地方，如智能手機(jī)和個(gè)人電腦的連接器、電源適配器的電線、電線桿上的電線，支撐著我們的生活。
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近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等下一代移動(dòng)技術(shù)和清潔能源技術(shù)的進(jìn)步，作為控制電力的元器件的功率模塊的熱負(fù)荷和電負(fù)荷急劇增加。與此同時(shí)，安裝在功率模塊中的功率半導(dǎo)體也需要具有更高的導(dǎo)電性和可靠性。
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日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）將無(wú)氧銅（C1020）定義為含銅量在99.96%以上，古河電工生產(chǎn)超高純度無(wú)氧銅為 99.99%，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，氧雜質(zhì)含量為 2 ppm 以下。此外，通過(guò)在高能效豎爐中生產(chǎn)這種無(wú)氧銅，古河電工正在為減少功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的 CO2 排放做出貢獻(xiàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)全球?qū)@一領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。
圖 世界首創(chuàng)的豎爐無(wú)氧銅制造工藝。豎爐熔化銅效率高，但由于氧氣容易進(jìn)入，因此被認(rèn)為不適合生產(chǎn)無(wú)氧銅。
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高耐熱無(wú)氧銅帶"GOFC?"誕生的背后
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2017 年，古河電工以無(wú)氧銅 (C1020) 為基礎(chǔ)，充分利用了加工和熱處理專業(yè)知識(shí)，開發(fā)了無(wú)氧銅帶"GOFC?"。GOFC?的最大特點(diǎn)是耐熱性高。在追求這種耐熱性的背景下，古河電工期望在無(wú)氧銅的JIS標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中加入自己的優(yōu)勢(shì)，這些產(chǎn)品通常被認(rèn)為沒(méi)有可以區(qū)分的元素。
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因此，為了更深入地挖掘無(wú)氧銅的改進(jìn)需求，古河電工花了大約一年的時(shí)間采訪了所有使用無(wú)氧銅的客戶。從收集到的200多個(gè)客戶建議中，古河電工意識(shí)到"耐熱性"是無(wú)氧銅的一個(gè)問(wèn)題。
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功率半導(dǎo)體中使用的基板是在陶瓷板的兩面高溫釬焊無(wú)氧銅制成的。這是因?yàn)槠胀冦~具有"溫度升高時(shí)，晶體會(huì)在500℃左右結(jié)合并粗化"的特性。類似的變化發(fā)生在經(jīng)過(guò)約 800°C 高溫?zé)崽幚淼墓β拾雽?dǎo)體基板中。而這種"高溫?zé)崽幚韺?dǎo)致晶粒粗化"就是客戶問(wèn)題的原因。晶粒粗大時(shí)，材料表面會(huì)形成細(xì)微的凹凸，光線照射時(shí)會(huì)閃爍并漫反射，很多客戶抱怨說(shuō)這會(huì)阻礙了使用光學(xué)相機(jī)檢查產(chǎn)品是否有劃痕，導(dǎo)致檢測(cè)錯(cuò)誤。
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當(dāng)然，可以通過(guò)調(diào)整檢測(cè)設(shè)備來(lái)提高檢測(cè)靈敏度，而古河電工決定通過(guò)開發(fā)"無(wú)反射的無(wú)氧銅"來(lái)解決客戶的問(wèn)題，即"即使加熱也不會(huì)粗化晶粒的無(wú)氧銅"。
圖 GOFC?即使在800℃左右晶粒尺寸也幾乎沒(méi)有變化
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提高無(wú)氧銅的耐熱性與提高銅的純度是一個(gè)矛盾的問(wèn)題，開發(fā)難度極大。古河電工應(yīng)用迄今為止自主積累的微觀結(jié)構(gòu)控制技術(shù)和制造方法，成功開發(fā)出兼具高純度和耐熱性、即使經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚恚砻嬉膊环瓷涔獾腉OFC?。
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圖 與一般產(chǎn)品（左）相比，GOFC?（右）即使在800℃下也具有更小的晶粒
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當(dāng)這樣開發(fā)的GOFC?用于功率半導(dǎo)體產(chǎn)品時(shí)，客戶評(píng)價(jià)說(shuō)，不僅高溫處理后檢查過(guò)程中的錯(cuò)誤數(shù)量減少了，而且半導(dǎo)體芯片的鍵合缺陷率也降低了。GOFC?不僅可以提高功率模塊的檢測(cè)可靠性，還有助于確保質(zhì)量穩(wěn)定性。
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傾聽(tīng)真實(shí)的客戶反饋，開發(fā)后持續(xù)改進(jìn)
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解決了耐熱性問(wèn)題的 GOFC? 開發(fā)完成后，古河電工收到了"將 GOFC? 的厚度變化最小化"的要求。客戶遇到的問(wèn)題是無(wú)氧銅與陶瓷板釬焊時(shí)發(fā)生翹曲，縮短產(chǎn)品壽命。
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由于銅板和陶瓷板的熱膨脹系數(shù)不同，銅板在高溫下貼合后，恢復(fù)到室溫時(shí)的溫度變化導(dǎo)致收縮較大的銅板拉扯陶瓷板。 這時(shí)，如果兩面貼的銅板厚度有差異，正反面的受力差就會(huì)增大，導(dǎo)致板翹曲。
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圖 通過(guò)提高精壓延機(jī)的精度，減小了銅板厚度的變化范圍
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2022 年，古河電工將通過(guò)提高決定板厚的壓延工序中的板厚精度來(lái)應(yīng)對(duì)這一新出現(xiàn)的問(wèn)題。活用在本公司獨(dú)有的專長(zhǎng)——引線框架（半導(dǎo)體封裝用薄金屬板）制造中積累的壓延機(jī)厚度控制技術(shù)，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，成功地將 GOFC? 的厚度變化（相當(dāng)于 0.25 至 2.0mm）減少到 1/2。
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