烧结银可以解决现存的五个难题

烧结银可以解决现存的五个难题

总所周知，不论是碳化硅模块还是硅IGBT，电力电子发展总体目标是提高功率（电流，电压）——降低半导体控制和开关时损耗——扩展工作温度的范围——提高使用寿命，稳定性和可靠性——在降低失误率的同时简化控制和保护电路到最后的降低成本。

而在电动车辆中，电力电子器件必须节省空间、重量轻、并且即使在恶劣的条件下也要工作可靠。为了满足这些要求，传统基于模块的封装方式已经不能适应下游市场发展的需要，目前尽可能从机械方面集成电力电子系统所有的功能，碳化硅、氮化镓（射频／非射频）模块封装也向着更高的集成度方向发展。

第一个难题：烧结银膏技术

在芯片与基板的连接中，传统有基板焊接功率模块中，焊接连接往往是模块上的机械薄弱点。由于材料的热膨胀系数不同、高温波动和运行过程中的过度负载循环将导致焊料层疲劳，影响模块可靠性。

目前，银烧结技术成为国内外第三代半导体封装技术中应用较为广泛的技术，美国、日本等碳化硅模块生产企业均采用此技术。与传统的高温无铅钎料相比，AS9385有压银烧结技术烧结连接层成分为银，具有优异的导电和导热性能，由于银的熔点高达961℃，将不会产生熔点小于300℃的软钎焊连层中出现的典型疲劳效应，具有极高的可靠性，且其烧结温度和传统软钎焊料温度相当。

相比焊接模块，加压烧结银的银烧结技术对模组结构、使用寿命、散热产生了重要影响，采用加压烧结银AS9385银烧结技术可使模块使用寿命提高5-10倍，烧结层厚度较焊接层厚度薄60-70%，热传导率提升5倍，国内外诸多厂商把银烧结技术作为第三代半导体封装的核心技术，银烧结技术成为芯片与基板之间连接的可能选择，同时在此基础上开发出双面银烧结技术，将银带烧结在芯片正面代替了铝线，或取消底板将基板直接烧结在散热器上，大大简化了模块封装的结构。

芯片连接采用银烧结合金而不是焊接，烧结连接熔点更高，这意味着在给定温度摆幅下连接的老化率将低得多，功率模块的热循环能力可增加5倍。

目前SHAREX开发的银烧结技术已经由微米银烧结进入纳米银烧结阶段，纳米加压烧结银与市面上原来售卖的微米烧结银技术相比：连接温度和辅助压力均有明显下降，极大扩大了工艺的使用范围。在银烧结技术中，为了防止氧化和提高氧化层的可靠性，需要在基板裸铜表面先镀镍再镀金或镀银，同时烧结温度控制和压力控制也是影响功率模组质量的关键因素。

诚然，银烧结技术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。时至今日，已经有不少厂商提供采用银烧结技术制造的功率模块，国内能提供纳米烧结银焊料的生产企业-SHAREX善仁新材为宽禁带半导体封装做出应有的贡献。但事实上，设计领域的许多工程师并不了解半导体器件设计和制造的细节，特别是银烧结技术。

第二个难题：善仁新材的烧结银技术可以解决以下五个问题：

1    现有的烧结银的技术成本远高于焊膏，烧结银成本随着银颗粒尺寸的减小而增加；善仁新材自己研发的纳米银，可以降低烧结银的综合成本；

2 现有的基板铜层的贵金属镀层也增加了成本； 善仁新材开发的AS9385有压纳米烧结银可以焊接裸铜，降低了客户的生产成本；

3 现有的银烧结技术需要一定的辅助压力，高辅助压力易造成芯片的损伤；善仁新材的有压烧结银AS9375可以无压烧结；

4 现有的银烧结预热、烧结整个过程长达60分钟以上，生产效率较低；加压烧结银AS9385整个烧结过程可以缩短到20分钟。

5 现有的银烧结技术得到的连接层，其内部空洞一般在微米或者亚微米级别，善仁新材的烧结银无论是有压烧结银还是无压烧结银都没有空洞。

善仁新材建议：烧结温度、烧结压力、烧结气氛都对会银烧结环节产生较大影响，这就需要高质量的设备来配合一起解决这些问题。