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鉬銅合金與半導體晶片封裝匹配性研究

隨著半導體器件向高功率、高頻率和高集成度方向快速發展，晶片在運行過程中所產生的熱量日益增加，對封裝材料的熱管理性能提出了更高要求。在眾多封裝材料中，鉬銅合金（Mo-Cu alloy）因其優異的熱性能和熱膨脹匹配性，成為高端功率器件與半導體晶片封裝中的理想候選材料。

Mo-Cu合金是一種以鉬（Mo）為增強相、銅（Cu）為連續相的金屬基複合材料，兼具鉬的高熔點、低熱膨脹係數與銅的高導熱性、高導電性。通過粉末冶金工藝製備而成的鉬銅合金，密度較低，組織緻密，能夠根據實際需求調節銅含量（一般為1535 wt%），從而控制熱膨脹係數（CTE）在69 ×10⁻⁶/K範圍內。這一數值與矽（Si，約3~4 ×10⁻⁶/K）、砷化鎵（GaAs，約6 ×10⁻⁶/K）等常見半導體材料較為接近，有助於在晶片與載體之間實現熱膨脹的匹配，顯著降低熱應力，提升器件穩定性與使用壽命。

此外，Mo-Cu合金具備極高的熱導率，一般在180~220 W/m·K之間，遠高於傳統的陶瓷基封裝材料（如Al₂O₃或AlN）和鐵鎳合金（Kovar）。這使其在晶片散熱中發揮關鍵作用，尤其適用於IGBT、雷射器、射頻功率放大器等對散熱要求苛刻的器件封裝中。鉬銅材料可以作為晶片的熱沉、底板或中間熱擴散層，有效將晶片工作時產生的熱量傳導至散熱系統，從而避免過熱損壞。

在加工適配性方面，Mo-Cu合金也優於其他高溫合金。得益於銅相的存在，該材料具有良好的機械加工性能，適用于CNC車削、銑削、研磨和表面鍍層處理等常規工藝，能夠滿足高精度、複雜結構零件的製造要求，便於集成式設計與小型化器件的封裝應用。

不過，鉬銅合金在實際應用中也存在一定挑戰。例如其在高溫氧化環境下表面易氧化，需要在真空或惰性氣體保護下使用；同時銅的存在會導致熔點降低，限制其在極高溫度環境中的長期使用。但通過進一步的材料改性（如添加Re、La等微合金元素）和表面防護措施，可在一定程度上提升其高溫抗氧化能力和結構穩定性。

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