隨著現(xiàn)代電力電子技術的飛速發(fā)展，功率半導體器件在電力轉(zhuǎn)換與能源管理領域的應用越來越廣泛。其中，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）以其顯著優(yōu)點在功率半導體器件中脫穎而出，然而，傳統(tǒng)的焊接技術已經(jīng)難以滿足IGBT模塊對高可靠性的需求。在這一背景下，銀燒結(jié)工藝（LTJT）作為一種新型連接技術，正逐漸成為IGBT封裝領域的研究與應用熱點。

一、IGBT概述

IGBT，即絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合型半導體器件。它結(jié)合了MOS管的高輸入阻抗和晶體管的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，特別適用于高電壓、大電流的應用場合。IGBT是電壓控制型器件，具有開關特性，但沒有放大功能。

二、傳統(tǒng)焊接技術的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的焊接技術，如軟釬焊，雖然在IGBT模塊封裝中廣泛應用，但隨著IGBT功率等級的提升和封裝尺寸的縮小，其局限性愈發(fā)明顯。傳統(tǒng)焊接材料的熔點較低，導致在高溫工作環(huán)境下焊層容易出現(xiàn)退化現(xiàn)象，從而影響器件的可靠性。此外，傳統(tǒng)焊接技術的熱阻較高，不利于IGBT模塊的散熱，限制了其性能的提升。

三、銀燒結(jié)工藝（LTJT）的優(yōu)勢

銀燒結(jié)工藝（LTJT）作為一種新型連接技術，以其獨特的優(yōu)勢正在逐漸取代傳統(tǒng)的焊接技術。該技術采用微米和納米級的銀顆粒（銀漿、銀膜和銀粉）通過燒結(jié)實現(xiàn)材料連接。相較于傳統(tǒng)焊接技術，銀燒結(jié)工藝具有以下顯著優(yōu)勢：

高熔點：銀的熔點高達961℃，遠高于傳統(tǒng)焊接材料的熔點。這使得采用銀燒結(jié)工藝的IGBT模塊能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，大大提高了模塊的可靠性。

低熱阻：銀具有優(yōu)異的導熱性能，采用銀燒結(jié)工藝可以顯著降低IGBT模塊內(nèi)部的熱阻，提高散熱性能。這有利于降低IGBT的工作溫度，延長其使用壽命。

優(yōu)異的電性能：銀的導電性能極佳，可以有效降低連接層的電阻，從而提高IGBT模塊的工作效率。

抗疲勞性能好：銀燒結(jié)工藝形成的冶金結(jié)合層具有更高的強度和更好的耐熱循環(huán)性能，能夠有效抵抗熱應力和機械應力，提高模塊的耐久性。

四、銀燒結(jié)工藝的關鍵步驟

銀燒結(jié)工藝主要包括以下關鍵步驟：

焊料制備：選用高純度的銀粉，通過添加適量的有機載體和分散劑，制備成具有一定流動性和黏度的銀膏。

芯片與基板預處理：對芯片和基板的連接表面進行清潔、除油和粗化處理，以提高銀膏與連接表面的潤濕性和結(jié)合強度。

銀膏涂覆與定位：將制備好的銀膏均勻涂覆在芯片或基板的連接表面上，并通過精確定位確保芯片與基板的準確對位。

燒結(jié)過程：在一定的溫度和壓力下進行燒結(jié)。燒結(jié)過程中，銀膏中的有機載體和分散劑在高溫下分解揮發(fā)，銀粉顆粒之間發(fā)生固態(tài)擴散或液態(tài)燒結(jié)，形成致密的銀層，實現(xiàn)芯片與基板的冶金結(jié)合。

五、銀燒結(jié)工藝的挑戰(zhàn)與展望

盡管銀燒結(jié)工藝在IGBT模塊封裝中具有諸多優(yōu)勢，但在實際應用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如銀焊料價格昂貴、容易氧化以及與銅基板間的熱膨脹系數(shù)差異等問題。針對這些問題，研究者們正在不斷探索新型的焊料合金、抗氧化涂層技術以及熱應力緩解措施。

展望未來，隨著新材料、新技術的不斷涌現(xiàn)和電力電子市場的持續(xù)發(fā)展，銀燒結(jié)工藝有望得到進一步的完善和優(yōu)化。同時，隨著銀燒結(jié)技術與其他連接技術的相互補充和共同發(fā)展，IGBT模塊的可靠性和性能將得到進一步提升，為電力電子技術的進步做出更大的貢獻。

六、結(jié)論

銀燒結(jié)工藝以其高熔點、低熱阻、優(yōu)異的導熱性能和抗疲勞性能等獨特優(yōu)勢，在IGBT模塊封裝領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。通過不斷優(yōu)化工藝參數(shù)和降低成本，銀燒結(jié)工藝有望為IGBT模塊的高可靠性、高性能和小型化提供有力保障，推動電力電子技術的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。隨著技術的不斷進步和市場需求的持續(xù)增長，相信銀燒結(jié)工藝將在未來發(fā)揮更加重要的作用。