CN116504683A - 一种阴阳铜dbc产品翘曲管控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，涉及覆铜陶瓷领域，旨在解决阴阳铜翘曲问题，技术方案要点：S1、图形面为A面，非图形面为B面；A面的铜厚大于B面铜厚；S2、烧结A面，再烧结B面，设置A面烧结参数：带速V1;温度曲线及输出功率比，温度曲线包括高温区温度为T1；输出功率比包括中区输出功率比W1，中区两侧边区输出功率比W2；设置B面烧结参数：带速V2；温度曲线及输出功率比，温度曲线包括高温区温度为T2;输出功率包括中区输出功率比W3，中区两侧边区输出功率比W4；并且T1大于T2;V1大于V2;W1大于W2；W3小于W4。本发明的管控方法能够使翘曲值为正值。
Description
技术领域
本发明涉及DBC产品加工领域，更具体地说，它涉及一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法。
背景技术
DBC陶瓷载板全称直接覆铜陶瓷载板，是将铜箔直接烧结在陶瓷表面而制成的一种电子基础材料。其具有极好的热循环性、形状稳定、刚性好、导热率高、可靠性高，覆铜面可以刻蚀出各种图形的特点，并且它是一种无污染、无公害的绿色产品，使用温度相当广泛，可以从-55℃~850℃，热膨胀系数接近于硅，其应用领域十分广泛:可用于半导体致冷器、电子加热器，大功率电力半导体模块，功率控制电路、功率混合电路、智能功率组件，高频开关电源、固态继电器，汽车电子、航天航空及军用电子组件，太阳能电池板组件，电讯专用交换机、接收系统，激光等多项工业电子领域。
DBC性能主要包括产品外观、热性能、电性能、机械性能等，其中外观方面主要包括表面粗糙度、晶粒大小、翘曲等；热性能主要包括耐热性能、通炉性能、冷热循环性能等；电性能主要包括岛间漏电流、绝缘耐压、介电强度等；机械性能主要包括打线性能、抗弯强度、铜箔拉力等。所有性能之中，当属翘曲最难控制，最主要原因是影响翘曲因素较多且涉及多个制程，此外，很难从过程中发现翘曲异常，只有在制程结束后才能通过测量得到翘曲数据，具有一定的滞后性。
按照产品铜瓷组合来说，两面铜厚相同时，由于瓷片受到两侧铜面的拉力基本相同，翘曲值相对来说比较容易控制一些，而对于两面铜厚不一致的产品(又称阴阳铜产品)，翘曲控制难度会增加很多。
按照翘曲控制范围来说，多数客户产品采用单边规格管控，通常只管控最大值，也就是说，产品翘曲在保证方向满足要求的前提下，翘曲值越小越好，小枚产品间的翘曲一致性没有特别严格的要求，而对于某些特殊产品，需要进行双边规格管控，即产品最终翘曲值要满足在某一个区间波动，该类翘曲控制难度会瞬间上升，对小枚产品间的翘曲一致性提出了更高的要求。
综上，针对阴阳铜产品，同时需要双边规格管控翘曲的，对目前陶瓷覆铜载板行业来说是一个极大的挑战。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法以解决上述问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，包括以下步骤：
S1、确定DBC产品图形面为A面，非图形面为B面；A面的铜厚大于B面的铜厚；
S2、先烧结A面，再烧结B面，设置A面的烧结参数：带速V1;温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T1；输出功率比包括中区的输出功率比W1，中区两侧的边区的输出功率比W2；设置B面的烧结参数：带速V2；温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T2;输出功率比包括中区的输出功率比W3，中区两侧的边区的输出功率比W4；并且T1大于T2;V1大于V2;W1大于W2；W3小于W4。
本发明进一步设置为：所述烧结A面时，选用BTU或SMD炉。
本发明进一步设置为：所述烧结B面时，选用BTU或SMD炉。
本发明进一步设置为：所述烧结A面时，选用单面一体化治具。
本发明进一步设置为：所述烧结B面时，选用底部可以支撑到DBC产品四周中间部位的凸点治具。
本发明进一步设置为：所述V1的范围是2.3-4.1inch/min；所示V2的范围是1.7-3.5inch/min。
本发明进一步设置为：所述T1的范围是1075-1083℃，所述T2的范围是1070-1078℃。
本发明进一步设置为：所述T1高于T2的范围为3-7℃。
本发明进一步设置为：在烧结A面时，所述中区功率比80-100%，边区功率比70-90%。
本发明进一步设置为：在烧结B面时，中区功率比70-90%，边区功率比80-100%。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1 确定了烧结A面的炉型、治具、带速、温度曲线、输出功率比等参数，使单面烧结半成品获得了最大的翘曲值，此时翘曲方向为正。
2确定了烧结B面的炉型、治具、带速、温度曲线、输出功率比等参数，使双面烧结半成品翘曲值依然为正，数值有所下降，而同时又不会低于Spec下限。
3 通过烧结A面和B面共同作用，可以使产品最终常温翘曲值稳定在某一区间且数值可控。追加热滞回曲线测试，证实了采用本案所述参数烧结的产品，受热前和受热后均能满足规格。
4 使用上述参数，进行了大量产品的验证，结果证实该方法切实有效且波动平稳，所有产品常温翘曲值均为正值，且在规格内平稳波动。
附图说明
图1为烧结A面时使用的治具结构示意图；
图2为烧结B面时使用的治具结构示意图；
图3为A面烧结时温度/功率曲线图；
图4为B面烧结时温度/功率曲线图；
图5为产品热滞回曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
本发明旨在提供一种能够实现阴阳铜产品双边翘曲管控的方法，现概述如下：
按照客户规定，DBC产品翘曲方向定义为：非图形面外凸为正，反之为负，长方向翘曲值按照0.03~0.3mm管控。
即先确定DBC产品图形面为A面，非图形面为B面；A面的铜厚大于B面的铜厚；
本发明烧结采用的加热板的额定输出功率为3500W；其中输出功率比是指加热板的功率输出百分比。
然后先烧结A面，再烧结B面，设置A面的烧结参数：带速V1;温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T1；输出功率比包括中区的输出功率比W1，中区两侧的边区的输出功率比W2；设置B面的烧结参数：带速V2；温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T2;输出功率比包括中区的输出功率比W3，中区两侧的边区的输出功率比W4；并且T1大于T2;V1大于V2;W1大于W2；W3小于W4。
具体来说：
1烧结A面时炉型和治具选择：由于阴阳铜产品图形面多数为厚铜面，为了最大程度的避免漏电流的发生，烧结时先烧厚铜面，使用单面一体化治具。同时为了实现图形面最大程度的内凹，选用长度较短、温区较少的BTU或SMD炉。
2设置专门的A面烧结参数—带速：设置较快带速V1（2.3-4.1inch/min），使产品降温速率较快，可以使图形面内凹更加明显。
3设置专门的A面烧结参数—温度曲线和输出功率：高温区的温度T1为1075-1083℃；炉内均分为三部分：边区、中区、边区（即中区为炉膛中间位置，边区为炉膛两侧）；中区输出功率比W1为80-100%，边区输出功率比W2为70-90%，高温区T1温度设置值略高于B面，即A面烧结反应温度T1比B面烧结反应温度T2高3-7℃，（一般来说，因为B面烧结负载较大所以B面反应温度通常情况下比A面烧结高3-7℃），这样既实现了较高的降温速率，又避免了后续的漏电流问题，此外，设置中区的输出功率比高于边区的输出功率比，可以减少高带速带来的前端气泡问题，也就避免了较多气泡对翘曲值造成的干扰。
4烧结B面时炉型和治具选择：烧结第二面为非图形面，为了不让应力释放太过彻底，依然选用BTU或SMD炉，而同时为了让图形面依然保持内凹形态，选用底部可以支撑到产品的凸点治具，否则，若使用悬空型治具，凭借自身重力的影响，翘曲值有可能低于0.03mm。
5设置专门的B面烧结参数--带速：V2为1.7-3.5inch/min。此时主要是保持产品行进平稳，由于单面烧结半成品向下弯曲，铜片是搭在其表面，所以带速V2会低于A面。
6设置专门的B面烧结参数--温度曲线和输出功率比：T2温度1070-1078℃；中区输出功率比W3为70-90%，边区输出功率比W4为80-100%，为了使翘曲降低幅度小一些，此时要控制降温速率不宜过快；因此设置高温区温度值略低于A面。此外，设置边区输出功率比高于中区输出功率比，可以有效减少低带速带来的后段气泡问题，也可以避免较多气泡对翘曲值造成的干扰。
7制定后的所有参数经过了热滞回曲线测试，证实了上述参数在受热前和受热后，均能满足规格；又经过了大批量量产验证，具备通用性和适用性。
综上，通过设置烧结A面和B面的炉型、治具、带速和温度曲线等，最终实现了翘曲值为正，且在客户需求范围内波动。
以下以具体案例说明：
为了实现图形面最大程度的内凹，选用长度较短、温区较少的BTU或SMD炉，烧结瓷厚为0.32mm，铜厚为0.3*0.25mm的覆铜陶瓷载板。
烧结时先烧厚铜面，A面使用单面一体化治具，如图1所示；设置A面烧结炉带速为2.7inch/min；A面烧结反应温度为1078℃，中区输出功率比100%，边区输出功率比80%。
烧结B面时，仍然使用长度较短、温区较少的BTU或SMD炉；烧结带速2.0inch/min，烧结治具如图2所示；B面烧结反应温度为1076℃，中区输出功率比80%，边区输出功率比100%。
图3为A面烧结时温度/功率曲线图，图4为B面烧结时温度/功率曲线图。
采用上述条件，烧结若干产品，常温翘曲全部在规格内，追加了热滞回曲线测试(如图5所示)，可以发现，产品受热过程中翘曲值基本平稳，初始常温翘曲和受热后常温翘曲均位于规格内，由此可以得出，上述参数具有通用性，且烧结后产品应力基本释放完全，客户使用后，产品翘曲全部在规格内。
接下来进行大量产数据监控，大批量验证数据如表1所示如下，常温翘曲数据结果均在规格内。
表1中总计从所有产品中随机选取四十枚，每十枚分为一组，总计四组进行翘曲值测试；
表1：常温翘曲测试值
综上，通过设置烧结A面和B面的炉型、治具、带速、温度曲线和输出功率比等参数后，最终实现了翘曲值为正，且在客户需求范围内波动，追加热滞回曲线测试，产品全程翘曲变化趋势一致，且受热后常温翘曲依然在规格内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、确定DBC产品图形面为A面，非图形面为B面；A面的铜厚大于B面的铜厚；
S2、先烧结A面，再烧结B面，设置A面的烧结参数：带速V1;温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T1；输出功率比包括中区的输出功率比W1，中区两侧的边区的输出功率比W2；设置B面的烧结参数：带速V2；温度曲线以及输出功率比，其中温度曲线包括高温区的温度为T2;输出功率比包括中区的输出功率比W3，中区两侧的边区的输出功率比W4；并且T1大于T2;V1大于V2;W1大于W2；W3小于W4。
2.根据权利要求1所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述烧结A面时，选用BTU或SMD炉。
3.根据权利要求1或2所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述烧结B面时，选用BTU或SMD炉。
4.根据权利要求1所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述烧结A面时，选用单面一体化治具。
5.根据权利要求1或4所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述烧结B面时，选用底部可以支撑到DBC产品四周中间部位的凸点治具。
6.根据权利要求1所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述V1的范围是2.3-4.1inch/min；所述V2的范围是1.7-3.5inch/min。
7.根据权利要求1所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述T1的范围是1075-1083℃，所述T2的范围是1070-1078℃。
8.根据权利要求7所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：所述T1高于T2的范围为3-7℃。
9.根据权利要求1所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：在烧结A面时，所述中区功率比为80-100%，边区功率比为70-90%。
10.根据权利要求1或9所述的一种阴阳铜DBC产品翘曲管控方法，其特征在于：在烧结B面时，中区功率比为70-90%，边区功率比为80-100%。
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