大面積燒結(jié)銀AS9387成為碳化硅功率器件封裝的首選

傳統(tǒng)功率模塊中，芯片通常通過(guò)錫焊材料連接到基板。在熱循環(huán)過(guò)程中，連接界面通過(guò)形成金屬間化合物層形成芯片、錫焊料合金與基板的互聯(lián)。目前電子封裝中常用的無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)低于250℃，適用于低于150℃的服役溫度。然而，在175-200℃乃至更高的使用溫度下，這些連接層的性能將急速下降甚至熔化，嚴(yán)重影響模塊的正常運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性。

2018年標(biāo)志性的轉(zhuǎn)變---使用碳化硅MOSFET替換傳統(tǒng)硅基IGBT于主驅(qū)逆變器中，為碳化硅技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此后，多家國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)領(lǐng)先品牌紛紛投身碳化硅器件的研發(fā)應(yīng)用。新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如800V高壓快充，以及新能源汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)張，促進(jìn)了碳化硅的飛速發(fā)展。

在新能源汽車(chē)取得巨大成功的背后，碳化硅功率模塊扮演了舉足輕重的角色。從傳統(tǒng)功率模塊轉(zhuǎn)型到碳化硅功率模塊，對(duì)功率電子模塊及其封裝工藝提出了更高的要求，尤其是芯片與基板的連接技術(shù)在很大程度上決定了功率模塊的壽命和可靠性。傳統(tǒng)的錫焊料由于熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，難以滿(mǎn)足封裝高功率器件在高溫和高功率密度條件下的應(yīng)用需求。隨著芯片工作溫度要求的不斷提升，至175°C甚至更高，連接技術(shù)的機(jī)械和熱性能要求也隨之提升。傳統(tǒng)方法中常見(jiàn)使用錫焊將芯片做貼裝的封裝技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足大部分碳化硅模塊的應(yīng)用需求。隨著800V碳化硅技術(shù)日益普及，燒結(jié)銀技術(shù)為汽車(chē)電力電子產(chǎn)品封裝提供了革命性的解決方案，其應(yīng)用前景備受關(guān)注。

一 燒結(jié)銀：功率器件封裝的革命性技術(shù)

AS9387加壓燒結(jié)銀

善仁新材作為全球低溫漿料的領(lǐng)導(dǎo)品牌，時(shí)刻關(guān)注低溫漿料在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，早在2013年，公司開(kāi)發(fā)的低溫銀漿就用在了汽車(chē)電子產(chǎn)品里面；2018年，公司的納米銀墨水在汽車(chē)電子的射頻器件到了應(yīng)用；2019年，隨著純電動(dòng)汽車(chē)的突破性進(jìn)展，公司的燒結(jié)銀產(chǎn)品找到了在碳化硅功率模組的應(yīng)用場(chǎng)景。

汽車(chē)中碳化硅功率模塊的廣泛使用，對(duì)封裝材料提出了日益苛刻的要求，特別是需要具備更高熔點(diǎn)、更強(qiáng)耐疲勞性、高熱導(dǎo)率、低電阻率的焊接材料。

燒結(jié)銀的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在“三高”方面：高溫工作：—燒結(jié)銀的工作溫度可達(dá)到300℃，甚至更高；高熱導(dǎo)率—對(duì)于碳化硅模塊這類(lèi)小尺寸、高功率應(yīng)用，能夠有效導(dǎo)出熱量，提高功率密度；高可靠性—其在汽車(chē)應(yīng)用中的車(chē)規(guī)級(jí)要求極為嚴(yán)格，燒結(jié)銀的高熔點(diǎn)、低蠕變傾向?yàn)檎w系統(tǒng)提供了卓越的穩(wěn)定性。燒結(jié)銀技術(shù)因此非常適合碳化硅功率模塊的封裝，完美滿(mǎn)足了其對(duì)高工作溫度、高功率密度和高可靠性的嚴(yán)格要求。

從2017年起，善仁新材在燒結(jié)銀材料的研發(fā)與生產(chǎn)方面走在行業(yè)前沿，提供多款產(chǎn)品以適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。從AS9000系列銀墨水，到AS9100系列納米銀漿、再到AS9300系列燒結(jié)銀膏，善仁新材一直引領(lǐng)燒結(jié)銀的技術(shù)應(yīng)用，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的多樣化需求。

二 大面積燒結(jié)的應(yīng)用拓展

燒結(jié)銀技術(shù)作為封裝領(lǐng)域的一個(gè)突破，憑借無(wú)鉛、環(huán)保性和優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能獲得了廣泛關(guān)注。該技術(shù)已在市場(chǎng)上得到了大范圍的認(rèn)可。在逆變器系統(tǒng)中，燒結(jié)銀可以被應(yīng)用于芯片與氮化硅AMB基板的邦定；或用于DTS燒結(jié)芯片頂部處理；或再將功率模塊焊接到散熱器底板上。

從芯片封裝領(lǐng)域來(lái)看，此技術(shù)已廣泛普及，很多現(xiàn)有量產(chǎn)或即將量產(chǎn)的車(chē)型已經(jīng)采用燒結(jié)銀來(lái)封裝其碳化硅功率模塊，一些傳統(tǒng)的硅基IGBT考慮到功率密度與可靠性也有時(shí)采用燒結(jié)銀方案。燒結(jié)銀技術(shù)已經(jīng)從最初的小尺寸芯片貼片封裝逐漸過(guò)渡到更廣泛的功率模塊大面積應(yīng)用。

在功率模組設(shè)計(jì)中，尋找可靠性、工藝參數(shù)、工作溫度及性能之間的精細(xì)平衡至關(guān)重要。

從2022年9月份開(kāi)始，善仁新材開(kāi)發(fā)的針對(duì)功率模塊焊接到散熱器上的大面積有壓燒結(jié)銀AS9387，在珠三角的客戶(hù)端得到客戶(hù)的廣泛認(rèn)可，此款燒結(jié)銀可以200度的燒結(jié)條件下表現(xiàn)很好的性能，幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)了高效的散熱效果。此款燒結(jié)銀不但可以在金銀表面進(jìn)行燒結(jié)，也可以在裸銅表面上進(jìn)行燒結(jié)，并且剪切強(qiáng)度高達(dá)50MPA以上。

AS9375無(wú)壓燒結(jié)銀

此款燒結(jié)銀解決了以下三大問(wèn)題：

1性?xún)r(jià)比高：大面積燒結(jié)會(huì)大幅增加客戶(hù)對(duì)燒結(jié)銀膏的用量，而燒結(jié)銀成本相對(duì)較高，作為中國(guó)燒結(jié)銀的領(lǐng)航者，善仁新材完美的解決了這一困擾客戶(hù)的難題。

2低溫低壓燒結(jié)效果好：為了適應(yīng)大面積燒結(jié)，燒結(jié)銀膏需要較低的溫度和壓力下達(dá)到良好的燒結(jié)效果，同時(shí)需要確保燒結(jié)質(zhì)量的一致性和模塊的可靠性。善仁新材利用自主研發(fā)的納米銀粉解決了這一問(wèn)題。

3印刷性好：在大面積上進(jìn)行印刷要求銀膏的印刷性要足夠好，需要調(diào)整銀膏的觸變性和黏度以適應(yīng)大面積印刷。

善仁新材第一研究院認(rèn)為：隨著越來(lái)越多的碳化硅模塊制造商、封裝廠商乃至汽車(chē)制造商開(kāi)始采用大面積燒結(jié)銀工藝，相信未來(lái)大面積燒結(jié)技術(shù)在高端車(chē)型中的采用率會(huì)越來(lái)越高。

功率模塊封裝技術(shù)的重要趨勢(shì)之一是在功率模塊中越來(lái)越多地使用碳化硅MOSFET作為Si IGBT的替代品，特別是在電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用中。這導(dǎo)致了對(duì)能夠承受更高工作溫度的功率模塊封裝材料的日益增長(zhǎng)的需求，例如銀燒結(jié)芯片粘接、先進(jìn)的低雜散電感電氣互連、Si3N4-AMB襯板、結(jié)構(gòu)化底板以及高溫穩(wěn)定的封裝材料。

隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)和優(yōu)化，燒結(jié)銀技術(shù)在高工作溫度、高熱導(dǎo)率和高可靠性方面的優(yōu)勢(shì)將更加明顯，善仁新材也在通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、工藝改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)合作來(lái)推動(dòng)燒結(jié)銀的應(yīng)用。

善仁新材的系列燒結(jié)銀已經(jīng)出口到德國(guó)，美國(guó)，英國(guó)，俄羅斯，馬來(lái)西亞，芬蘭等國(guó)家。

再次展示了善仁新材的“扎根中國(guó)，服務(wù)全球”的戰(zhàn)略格局。

GVF9880預(yù)燒結(jié)銀焊片

審核編輯 黃宇