DTS (Die Top System)技术

距离上次更新差不多两个月了，转眼就到了2023年的最后一天。

加入国产半导体的队伍也有两月，虽然时间不长，但感受到了无尽的激情，从工业为主的日常工作内容到电动汽车为主，新的应用领域有着很多不一样的东西和乐趣。

今天我们来聊一聊车规模块中的一种芯片表面互连技术--Die Top System, DTS。

前言

什么是DTS？这个词汇也是前段时间才第一次听说，可能很多朋友早就听说过或者接触过，突然觉得孤陋寡闻了。出于成本的原因，工业模块中很少会采用这种技术，所以很多小伙伴不是很了解，包括我自己。

所以，知识的海洋很大，我们只是在其中一叶小舟，在前行的过程中不断地积累，以应对不同的风浪。

DTS技术

DTS技术由Heraeus提出的一种芯片顶部系统技术，以下基于贺利氏的一篇论文展开，Aarief Syed-Khaja, "Material Solutions for High-reliability and High temperature Power Electronics".

模块内部采用的连接技术最常见的是焊接和铝线互连，通常使用的铝线线径在100um~500um，而这些在150℃以上时，这些的可靠性就有了局限性。这也是很多应用要求模块封装技术不断推陈出新的因素之一，比如新能源汽车。

随着运行温度和可靠性要求的提升，在车规模块中采用铜线代替铝线，但铜线直接键合到传统的芯片金属化会导致一些损伤和缺陷，这一点在我们之间聊丹佛斯DBB技术时提到过。从而贺利氏推出的DTS技术有效地解决了硬铜线绑定的一些顾虑，下面是DTS的横截面图，

它包含了在铜片上的预涂银层，来保护芯片免受相对于铝绑定线而言更高的键合力。同时，它将芯片电流产生的热量均匀地分布到整个芯片表面，降低芯片局部温度峰值，改善了电热性能。

银烧结

传统焊料的熔点在220℃~240℃之间，在较高的运行温度下会出现过早的失效，特别是碳化硅此类的宽禁带半导体的应用中。而银的熔点在962℃左右，非常薄的银层（如20um或30um）作为粘合层，能够满足高温要求。同时银的高热导率200W/mK，具有较低的热阻。

DTS

DTS是铜箔带有预涂银膏的组合，主要适用于单面水冷设计，其中芯片的热量也可以有效的从芯片顶部耗散。DTS交付时是保存在8英寸的框架中，易于处理和存储，铜箔厚度为50um，预印的银膏为40um。

组装过程

使用DTS技术的模块制造和传统烧结生产过程相似，在基板上放置芯片，取出DTS热放在芯片表面，可以将模块内部所有芯片放置完成之后再放置DTS，或者芯片和DTS交替放置，根据实际需求选择。DTS和芯片同时烧结。

烧结参数

烧结机和工艺参数主要决定了烧结质量。主要参数为时间、压力和温度。烧结质量也受到组件上的压力分布、组件的高度、表面污染和工艺气氛的影响。通过烧结接头的孔隙度来评价其质量。对于带有SMD组件的模块，如ntc和垫片，应使用适当的高度补偿支撑材料。

线键合

传统的半导体芯片采用了标准的铝金属化技术。铜线结合在铝金属化上是不可能的，需要一个兼容的厚铜金属化。为了粘合一根直径为300µm的铜线，需要至少40µm的高质量铜金属化，以不损害芯片的活性表面。传统的湿镀铜还不可能，但仍在研究阶段，以高质量实现这一目标。DTS技术可以很好地解决这一问题，能够满足500um的粗铜线。

可靠性

DTS系统与银烧结结合应用对其可靠性有巨大的影响。仅用银烧结剂代替焊料，用DTS烧结和铜线代替顶部铝线，在极端条件下，结温度至少降低了10K，寿命至少增加了10倍。

烧结质量对模块的可靠性有重要影响，DTS的设计是为了使设备能够一步烧结，并避免额外的膏印和检查步骤。器件的两步烧结过程，即芯片烧结后再进行DTS烧结，可能会在芯片顶部带来粘附问题，导致烧结质量差。在不可避免的两步烧结的情况下，建议在放置DTS前进行等离子体清洁步骤。

小结

可见，DTS是为了更好地使用铜绑定线，所有我们经常看到的组合是DTS+TCB，使得模块能够运行在更高的结温和具有更高的可靠性，适用于SiC等第三代半导体的需求。

DTS技术的推出其实和丹佛斯DBB技术有着不小的渊源，有时候推成出新更多的是优化和创新的结合。我们不也正是在学习的路上希望着能够有所创新嘛！

今天的内容希望你们能够喜欢！