铜晶粒度就是衡量铜材料内部晶粒大小的尺度，通常用单位体积或单位面积内的晶粒数目，或者晶粒的平均直径来表示。它是直接键合铜（DBC）基板的一项重要特征，关系到后续封装或性能。虽然目前无法完全避免铜晶粒度的变化，但罗杰斯curamik® 团队凭借其在陶瓷基板生产的经验和能力，可以协助模块制造商提供拥有均匀粒度的基板。
铜晶粒度对封装工艺和基板性能的影响
细铜粒表面具有漫反射性质，也就是说，其表面存在均匀的光反射。与之相反的是，光在粗铜粒面上的反射方向根据其铜晶粒方向的不同而不同。工艺工程师通常会通过优化机器设置来处理一种或另一种粒度，但如果不同批次或同一生产批次内出现的较大的粒度差异，就会带来比较大的影响。
此外，铜晶粒度还会影响基板的弯曲程度和使用寿命。热循环研究表明，铜晶粒度较小的直接键合铜基板更容易失效。这是因为：被称为错位的晶体缺陷能够轻松地在晶粒中移动，但晶界能够阻止错位。晶粒越小，表面积-体积比越大，晶界-错位比越大。晶界越多，强度越高。因此，铜晶粒度越小，在热循环过程中的变形就越小，导致陶瓷承受更大热机械应力，最终比粗粒铜更早破裂。因此，模块制造商要求其DBC供应商控制铜晶粒度，并控制不同批次或同一生产批次内的粒度差异。但这要求供应商对直接键合铜工艺和铜原材料有足够的了解。
影响铜晶粒度的因素
直接键合铜基板的铜晶粒度取决于铜原材料自身以及直接键合铜工艺。
对于直接键合铜工艺，必须使用专用于电子和导热应用的高等级无氧铜（标准名称：Cu-OFE，材料编号：CW009A）。该材料纯度极高，最高氧含量仅为5 ppm（0.0005%）。除氧含量外，铜原材料中的杂质元素及其浓度也是影响直接键合铜工艺的关键参数。罗杰斯针对铜原材料供应商制定了相应规范。所有批次的铜均需持有测试证书，确保其杂质含量低于规定限值。虽然杂质的总量低于50 ppm（0.0050%）且没有一种杂质超过25 ppm（0.0025%），但我们无法排除化学成分的变化，进而导致铜晶粒度在键合后发生变化。
由此可见，铜原材料的供应商无法保证直接键合铜基板的铜晶粒度。而直接键合铜工艺，特别是其温度曲线，对成品的铜晶粒度有着显著影响。因此，应在键合后测量铜晶粒度。
铜晶粒度的测量方法和典型值
罗杰斯会对每片原铜箔进行检查。首先从铜箔上取下一片铜片，对其进行氧化处理，并与陶瓷键合。最后，清洁基板，除去表面上的氧化铜，测量铜晶粒度。通常使用光学显微镜测量铜晶粒度。铜晶粒度即每mm的粒数。典型值从不到3粒/mm（粗糙铜）到10粒/mm以上（细粒铜）不等。
如下图所示，2.3 mm的长度内共有16粒。因此这条线上的铜晶粒度为2.3 mm/16=144 µm或16/2.3 mm=7.0粒/mm。在5条平行线和5条垂直线上重复上述测量步骤，计算平均值。
罗杰斯为电力电子和汽车行业提供了数以亿计的基板产品。多年以来，我们积累了很多经验，不断完善直接键合铜工艺，在最先进的封装工艺和基板性能之间寻求最佳的平衡点，实现始终如一的质量。我们会定期对铜晶粒度及其变化进行研究和探讨，下面的柱状图展示了研究期间直接键合铜基板平均铜晶粒度的分布。
随着封装技术的不断演进以及模块制造商对基板性能的要求持续提升，铜晶粒度的优化仍是未来研究与工艺改进的重要方向。无论采用何种技术路径，保持稳定一致的质量始终是确保可靠性的核心前提。而罗杰斯凭借多年在陶瓷基板生产领域的先进技术和经验积累，可为客户提供性能可靠、品质如一的陶瓷基板解决方案。如果您有任何问题或需要为您的应用选出一款适合的基板，欢迎与我们取得联系。
来源：罗杰斯，https://mp.weixin.qq.com/s/8Dn_RcaA5RS7g_qFf_4nOg
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