燒結(jié)銀可以解決功率模塊現(xiàn)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(fā)展總體目標(biāo)是提高功率（電流，電壓）——降低半導(dǎo)體控制和開(kāi)關(guān)時(shí)損耗——擴(kuò)展工作溫度的范圍——提高使用壽命，穩(wěn)定性和可靠性——在降低失誤率的同時(shí)簡(jiǎn)化控制和保護(hù)電路到最后的降低成本。
而在電動(dòng)車(chē)輛中，電力電子器件必須節(jié)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(mǎn)足這些要求，傳統(tǒng)基于模塊的封裝方式已經(jīng)不能適應(yīng)下游市場(chǎng)發(fā)展的需要，目前盡可能從機(jī)械方面集成電力電子系統(tǒng)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(fā)展。
第一個(gè)難題：燒結(jié)銀膏技術(shù)
在芯片與基板的連接中，傳統(tǒng)有基板焊接功率模塊中，焊接連接往往是模塊上的機(jī)械薄弱點(diǎn)。由于材料的熱膨脹系數(shù)不同、高溫波動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的過(guò)度負(fù)載循環(huán)將導(dǎo)致焊料層疲勞，影響模塊可靠性。
目前，銀燒結(jié)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外第三代半導(dǎo)體封裝技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，美國(guó)、日本等碳化硅模塊生產(chǎn)企業(yè)均采用此技術(shù)。與傳統(tǒng)的高溫?zé)o鉛釬料相比，AS9385有壓銀燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)連接層成分為銀，具有優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，由于銀的熔點(diǎn)高達(dá)961℃，將不會(huì)產(chǎn)生熔點(diǎn)小于300℃的軟釬焊連層中出現(xiàn)的典型疲勞效應(yīng)，具有極高的可靠性，且其燒結(jié)溫度和傳統(tǒng)軟釬焊料溫度相當(dāng)。
相比焊接模塊，加壓燒結(jié)銀的銀燒結(jié)技術(shù)對(duì)模組結(jié)構(gòu)、使用壽命、散熱產(chǎn)生了重要影響，采用加壓燒結(jié)銀AS9385銀燒結(jié)技術(shù)可使模塊使用壽命提高5-10倍，燒結(jié)層厚度較焊接層厚度薄60-70%，熱傳導(dǎo)率提升5倍，國(guó)內(nèi)外諸多廠(chǎng)商把銀燒結(jié)技術(shù)作為第三代半導(dǎo)體封裝的核心技術(shù)，銀燒結(jié)技術(shù)成為芯片與基板之間連接的不二選擇，同時(shí)在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出雙面銀燒結(jié)技術(shù)，將銀帶燒結(jié)在芯片正面代替了鋁線(xiàn)，或取消底板將基板直接燒結(jié)在散熱器上，大大簡(jiǎn)化了模塊封裝的結(jié)構(gòu)。
芯片連接采用銀燒結(jié)合金而不是焊接，燒結(jié)連接熔點(diǎn)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(huán)能力可增加5倍。
目前SHAREX開(kāi)發(fā)的銀燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)由微米銀燒結(jié)進(jìn)入納米銀燒結(jié)階段，納米加壓燒結(jié)銀與市面上原來(lái)售賣(mài)的微米燒結(jié)銀技術(shù)相比：連接溫度和輔助壓力均有明顯下降，極大擴(kuò)大了工藝的使用范圍。在銀燒結(jié)技術(shù)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(shí)燒結(jié)溫度控制和壓力控制也是影響功率模組質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
誠(chéng)然，銀燒結(jié)技術(shù)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(shí)至今日，已經(jīng)有不少?gòu)S商提供采用銀燒結(jié)技術(shù)制造的功率模塊，國(guó)內(nèi)能提供納米燒結(jié)銀焊料的生產(chǎn)企業(yè)-SHAREX善仁新材為寬禁帶半導(dǎo)體封裝做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。但事實(shí)上，設(shè)計(jì)領(lǐng)域的許多工程師并不了解半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)和制造的細(xì)節(jié)，特別是銀燒結(jié)技術(shù)。
第二個(gè)難題：善仁新材的燒結(jié)銀技術(shù)可以解決以下五大問(wèn)題：
1 現(xiàn)有的燒結(jié)銀的技術(shù)成本遠(yuǎn)高于焊膏，燒結(jié)銀成本隨著銀顆粒尺寸的減小而增加；善仁新材自己研發(fā)的納米銀，可以降低燒結(jié)銀的綜合成本；
2 現(xiàn)有的基板銅層的貴金屬鍍層也增加了成本； 善仁新材開(kāi)發(fā)的AS9385有壓納米燒結(jié)銀可以焊接裸銅，降低了客戶(hù)的生產(chǎn)成本；
3 現(xiàn)有的銀燒結(jié)技術(shù)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(jié)銀AS9375可以無(wú)壓燒結(jié)；
4 現(xiàn)有的銀燒結(jié)預(yù)熱、燒結(jié)整個(gè)過(guò)程長(zhǎng)達(dá)60分鐘以上，生產(chǎn)效率較低；加壓燒結(jié)銀AS9385整個(gè)燒結(jié)過(guò)程可以縮短到20分鐘。
5 現(xiàn)有的銀燒結(jié)技術(shù)得到的連接層，其內(nèi)部空洞一般在微米或者亞微米級(jí)別，善仁新材的燒結(jié)銀無(wú)論是有壓燒結(jié)銀還是無(wú)壓燒結(jié)銀都沒(méi)有空洞。
善仁新材建議：燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、燒結(jié)氣氛都對(duì)會(huì)銀燒結(jié)環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大影響，這就需要高質(zhì)量的設(shè)備來(lái)配合一起解決這些問(wèn)題。