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钼铜合金与半导体芯片封装匹配性研究

随着半导体器件向高功率、高频率和高集成度方向快速发展，芯片在运行过程中所产生的热量日益增加，对封装材料的热管理性能提出了更高要求。在众多封装材料中，钼铜合金（Mo-Cu alloy）因其优异的热性能和热膨胀匹配性，成为高端功率器件与半导体芯片封装中的理想候选材料。

Mo-Cu合金是一种以钼（Mo）为增强相、铜（Cu）为连续相的金属基复合材料，兼具钼的高熔点、低热膨胀系数与铜的高导热性、高导电性。通过粉末冶金工艺制备而成的钼铜合金，密度较低，组织致密，能够根据实际需求调节铜含量（一般为1535 wt%），从而控制热膨胀系数（CTE）在69 ×10⁻⁶/K范围内。这一数值与硅（Si，约3~4 ×10⁻⁶/K）、砷化镓（GaAs，约6 ×10⁻⁶/K）等常见半导体材料较为接近，有助于在芯片与载体之间实现热膨胀的匹配，显著降低热应力，提升器件稳定性与使用寿命。

此外，Mo-Cu合金具备极高的热导率，一般在180~220 W/m·K之间，远高于传统的陶瓷基封装材料（如Al₂O₃或AlN）和铁镍合金（Kovar）。这使其在芯片散热中发挥关键作用，尤其适用于IGBT、激光器、射频功率放大器等对散热要求苛刻的器件封装中。钼铜材料可以作为芯片的热沉、底板或中间热扩散层，有效将芯片工作时产生的热量传导至散热系统，从而避免过热损坏。

在加工适配性方面，Mo-Cu合金也优于其他高温合金。得益于铜相的存在，该材料具有良好的机械加工性能，适用于CNC车削、铣削、研磨和表面镀层处理等常规工艺，能够满足高精度、复杂结构零件的制造要求，便于集成式设计与小型化器件的封装应用。

不过，钼铜合金在实际应用中也存在一定挑战。例如其在高温氧化环境下表面易氧化，需要在真空或惰性气体保护下使用；同时铜的存在会导致熔点降低，限制其在极高温度环境中的长期使用。但通过进一步的材料改性（如添加Re、La等微合金元素）和表面防护措施，可在一定程度上提升其高温抗氧化能力和结构稳定性。

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