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，芯片通常通過錫焊材料連接到基板。在熱循環(huán)過程中，連接界面通過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鉛焊料熔點低于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行和長期可靠性。

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)在電動汽車中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此后，多家國內(nèi)新能源汽車領(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，以及新能源汽車市場的持續(xù)擴張，促進了碳化硅的飛速發(fā)展。

在新能源汽車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)的錫焊料由于熔點低、導(dǎo)熱性差，難以滿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)的機械和熱性能要求也隨之提升。傳統(tǒng)方法中常見使用錫焊將芯片做貼裝的封裝技術(shù)已經(jīng)無法滿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，時刻關(guān)注低溫漿料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，早在2013年，公司開發(fā)的低溫銀漿就用在了汽車電子產(chǎn)品里面；2018年，公司的納米銀墨水在汽車電子的射頻器件到了應(yīng)用；2019年，隨著純電動汽車的突破性進展，公司的燒結(jié)銀產(chǎn)品找到了在碳化硅功率模組的應(yīng)用場景。

汽車中碳化硅功率模塊的廣泛使用，對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、更強耐疲勞性、高熱導(dǎo)率、低電阻率的焊接材料。

燒結(jié)銀的獨特優(yōu)勢主要表現(xiàn)在“三高”方面：高溫工作：—燒結(jié)銀的工作溫度可達到300℃，甚至更高；高熱導(dǎo)率—對于碳化硅模塊這類小尺寸、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—其在汽車應(yīng)用中的車規(guī)級要求極為嚴(yán)格，燒結(jié)銀的高熔點、低蠕變傾向為整體系統(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，完美滿足了其對高工作溫度、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，以滿足市場的多樣化需求。

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)域的一個突破，憑借無鉛、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)的車型已經(jīng)采用燒結(jié)銀來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渡到更廣泛的功率模塊大面積應(yīng)用。

在功率模組設(shè)計中，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月份開始，善仁新材開發(fā)的針對功率模塊焊接到散熱器上的大面積有壓燒結(jié)銀AS9387，在珠三角的客戶端得到客戶的廣泛認(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，幫助客戶實現(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行燒結(jié)，也可以在裸銅表面上進行燒結(jié)，并且剪切強度高達50MPA以上。

AS9375無壓燒結(jié)銀

此款燒結(jié)銀解決了以下三大問題：

1性價比高：大面積燒結(jié)會大幅增加客戶對燒結(jié)銀膏的用量，而燒結(jié)銀成本相對較高，作為中國燒結(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到良好的燒結(jié)效果，同時需要確保燒結(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題。

3印刷性好：在大面積上進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：隨著越來越多的碳化硅模塊制造商、封裝廠商乃至汽車制造商開始采用大面積燒結(jié)銀工藝，相信未來大面積燒結(jié)技術(shù)在高端車型中的采用率會越來越高。

功率模塊封裝技術(shù)的重要趨勢之一是在功率模塊中越來越多地使用碳化硅MOSFET作為Si IGBT的替代品，特別是在電動車的應(yīng)用中。這導(dǎo)致了對能夠承受更高工作溫度的功率模塊封裝材料的日益增長的需求，例如銀燒結(jié)芯片粘接、先進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)勢將更加明顯，善仁新材也在通過技術(shù)創(chuàng)新、工藝改進和產(chǎn)業(yè)生態(tài)合作來推動燒結(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，美國，英國，俄羅斯，馬來西亞，芬蘭等國家。

再次展示了善仁新材的“扎根中國，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