隨著對功率密度要求的不斷提高，電力電子模塊正朝著小型化和高度集成的方向發展。這一趨勢導致了功率器件工作溫度的顯著上升，其中，作為襯底的覆銅陶瓷基板的疲勞壽命成為影響整個器件壽命的關鍵因素。
覆銅陶瓷基板在制造和使用過程中，會遭受熱機械疲勞的影響。這種疲勞主要是由于基板材料的熱膨脹系數（CTE）不匹配所導致。其主要失效模式表現為陶瓷層的開裂和銅-瓷界面的分層，其根本原因在于陶瓷材料的固有缺陷以及制造過程中產生的界面空洞。
例如，使用氧化鋁陶瓷的DCB基板，銅（CTE=16.5ppm/K）和氧化鋁（6.8ppm/K≤CTE≤9ppm/K）之間的CTE差異，在溫度循環和功率循環下，會導致陶瓷與銅之間的熱應力累積，進而引發疲勞失效。
根據Hexcera?的經驗和實際SAM圖像及仿真分析，基板的疲勞失效通常從銅圖形的邊緣開始。0
亮點3：通過控制臺階寬度和邊距/間距來分散應力，改善基板翹曲問題。
值得一提的是，Hexcera?的特殊工藝可以在一次刻蝕中完成圖形區域和臺階區域的制作，與傳統的二次掩膜工藝相比，不僅簡化了流程，降低了成本，還避免了線路精度下降的問題。
上圖為：焊料蝕刻前
總之，覆銅陶瓷基板的疲勞失效主要是由銅瓷CTE差異引起的累積塑性載荷所致。Hexcera?提供的臺階設計解決方案，以低成本、高效率和多樣化的定制手段，有效延長了基板的疲勞壽命。歡迎關注我們的公眾號，了解更多信息！HEXCERA?基板小課堂，期待與您下期再會。
原文始發于微信公眾號（瀚思瑞半導體）：HEXCERA?基板小課堂（第五期）：基板疲勞失效&臺階設計
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