燒結銀可以解決功率模塊現存的五大難題

眾所周知，不論是碳化硅模塊還是硅IGBT，電力電子發展總體目標是提高功率（電流，電壓）——降低半導體控制和開關時損耗——擴展工作溫度的范圍——提高使用壽命，穩定性和可靠性——在降低失誤率的同時簡化控制和保護電路到最后的降低成本。

而在電動車輛中，電力電子器件必須節省空間、重量輕、并且即使在惡劣的條件下也要工作可靠。為了滿足這些要求，傳統基于模塊的封裝方式已經不能適應下游市場發展的需要，目前盡可能從機械方面集成電力電子系統所有的功能，碳化硅、氮化鎵（射頻／非射頻）模塊封裝也向著更高的集成度方向發展。

第一個難題：燒結銀膏技術

在芯片與基板的連接中，傳統有基板焊接功率模塊中，焊接連接往往是模塊上的機械薄弱點。由于材料的熱膨脹系數不同、高溫波動和運行過程中的過度負載循環將導致焊料層疲勞，影響模塊可靠性。

目前，銀燒結技術成為國內外第三代半導體封裝技術中應用最為廣泛的技術，美國、日本等碳化硅模塊生產企業均采用此技術。與傳統的高溫無鉛釬料相比，AS9385有壓銀燒結技術燒結連接層成分為銀，具有優異的導電和導熱性能，由于銀的熔點高達961℃，將不會產生熔點小于300℃的軟釬焊連層中出現的典型疲勞效應，具有極高的可靠性，且其燒結溫度和傳統軟釬焊料溫度相當。

相比焊接模塊，加壓燒結銀的銀燒結技術對模組結構、使用壽命、散熱產生了重要影響，采用加壓燒結銀AS9385銀燒結技術可使模塊使用壽命提高5-10倍，燒結層厚度較焊接層厚度薄60-70%，熱傳導率提升5倍，國內外諸多廠商把銀燒結技術作為第三代半導體封裝的核心技術，銀燒結技術成為芯片與基板之間連接的不二選擇，同時在此基礎上開發出雙面銀燒結技術，將銀帶燒結在芯片正面代替了鋁線，或取消底板將基板直接燒結在散熱器上，大大簡化了模塊封裝的結構。

芯片連接采用銀燒結合金而不是焊接，燒結連接熔點更高，這意味著在給定溫度擺幅下連接的老化率將低得多，功率模塊的熱循環能力可增加5倍。

目前SHAREX開發的銀燒結技術已經由微米銀燒結進入納米銀燒結階段，納米加壓燒結銀與市面上原來售賣的微米燒結銀技術相比：連接溫度和輔助壓力均有明顯下降，極大擴大了工藝的使用范圍。在銀燒結技術中，為了防止氧化和提高氧化層的可靠性，需要在基板裸銅表面先鍍鎳再鍍金或鍍銀，同時燒結溫度控制和壓力控制也是影響功率模組質量的關鍵因素。

誠然，銀燒結技術具有方面的成本效益，包括高吞吐量、低成本、高良率和低人工成本等。時至今日，已經有不少廠商提供采用銀燒結技術制造的功率模塊，國內能提供納米燒結銀焊料的生產企業-SHAREX善仁新材為寬禁帶半導體封裝做出應有的貢獻。但事實上，設計領域的許多工程師并不了解半導體器件設計和制造的細節，特別是銀燒結技術。

第二個難題：善仁新材的燒結銀技術可以解決以下五大問題：

1    現有的燒結銀的技術成本遠高于焊膏，燒結銀成本隨著銀顆粒尺寸的減小而增加；善仁新材自己研發的納米銀，可以降低燒結銀的綜合成本；

2 現有的基板銅層的貴金屬鍍層也增加了成本； 善仁新材開發的AS9385有壓納米燒結銀可以焊接裸銅，降低了客戶的生產成本；

3 現有的銀燒結技術需要一定的輔助壓力，高輔助壓力易造成芯片的損傷；善仁新材的有壓燒結銀AS9375可以無壓燒結；

4 現有的銀燒結預熱、燒結整個過程長達60分鐘以上，生產效率較低；加壓燒結銀AS9385整個燒結過程可以縮短到20分鐘。

5 現有的銀燒結技術得到的連接層，其內部空洞一般在微米或者亞微米級別，善仁新材的燒結銀無論是有壓燒結銀還是無壓燒結銀都沒有空洞。

善仁新材建議：燒結溫度、燒結壓力、燒結氣氛都對會銀燒結環節產生較大影響，這就需要高質量的設備來配合一起解決這些問題。