【博主簡(jiǎn)介】本人“愛(ài)在七夕時(shí)”，系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時(shí)間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。常言：真知不問(wèn)出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當(dāng)之處，還請(qǐng)大家海涵。當(dāng)前在各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上均以此昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子產(chǎn)品正在向著質(zhì)量輕、厚度薄、體積小、功耗低、功能復(fù)雜、可靠性高這一方向發(fā)展。這就要求功率模塊在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)情況下都要有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能以及可靠性。功率模塊的體積縮小會(huì)引起模塊和芯片電流、接線端電壓以及輸入功率的增大，從而增加了熱能的散失，由此帶來(lái)了一些了問(wèn)題如溫度漂移等，會(huì)嚴(yán)重影響功率器件的可靠性，加速器件的老化。為了解決高溫大功率器件所面臨的問(wèn)題，近年來(lái)，銀燒結(jié)工藝技術(shù)受到了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。

其實(shí)，早在20世紀(jì)80年代末90年代初期，Scheuermann等研究了一種低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，即通過(guò)銀燒結(jié)銀顆粒實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件與基板的互連方法。

一、銀燒結(jié)工藝技術(shù)介紹

銀燒結(jié)技術(shù)也被成為低溫連接技術(shù)，英文全稱：Low temperature joining technique，簡(jiǎn)稱：LTJT，而它作為一種新型無(wú)鉛化芯片互連技術(shù)，可在低溫（＜250℃）條件下獲得耐高溫（＞700℃）和高導(dǎo)熱率（~240 W/m·K）的燒結(jié)銀芯片連接界面。同時(shí)，銀燒結(jié)工藝技術(shù)也是一種將微米級(jí)以下尺寸的銀顆粒與有機(jī)粘合劑混合形成銀膏，然后印刷到基板表面，在高溫和特定氣氛下加壓燒結(jié)，使銀顆粒之間形成緊密結(jié)合的工藝。該工藝能夠制備出導(dǎo)電性能良好、熱穩(wěn)定性高的燒結(jié)銀膜，廣泛應(yīng)用于微電子封裝、太陽(yáng)能電池、LED封裝以及柔性電子等領(lǐng)域。

上世紀(jì)90年代初，Scheuermann等研究人員通過(guò)微米級(jí)銀粉顆粒進(jìn)行燒結(jié)實(shí)現(xiàn)了硅芯片和基板互連，這種燒結(jié)技術(shù)即為低溫?zé)Y(jié)技術(shù)。在制作銀粉的過(guò)程中通常會(huì)加入有機(jī)添加劑，避免微米級(jí)的銀粉顆粒發(fā)生團(tuán)聚和聚合現(xiàn)象。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到210℃以上時(shí)，在氧氣環(huán)境中銀粉中的有機(jī)添加劑會(huì)因高溫分解而揮發(fā)，最終變成純銀連接層，不會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)相。整個(gè)燒結(jié)過(guò)程是銀粉顆粒致密化的過(guò)程，燒結(jié)完成后即可形成良好的機(jī)械連接層。銀本身的熔融高達(dá)961℃，燒結(jié)過(guò)程遠(yuǎn)低于該溫度，也不會(huì)產(chǎn)生液相。此外，燒結(jié)過(guò)程中燒結(jié)溫度達(dá)到230-250℃還需要輔助加壓設(shè)備提供約40MPa的輔助壓力，加快銀焊膏的燒結(jié)。

該種燒結(jié)方法可以得到更好的熱電及機(jī)械性能，接頭空隙率低，熱疲勞壽命也超出標(biāo)準(zhǔn)焊料10倍以上。但是隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)大的輔助壓力會(huì)對(duì)芯片產(chǎn)生一定的損傷，并且需要較大的經(jīng)濟(jì)投入，這嚴(yán)重限制了該技術(shù)在芯片封裝領(lǐng)域的應(yīng)用。善仁新材最新研究發(fā)現(xiàn)：納米銀燒結(jié)技術(shù)由于納米尺寸效應(yīng)，納米銀材料的熔點(diǎn)和燒結(jié)溫度均低于微米銀，燒結(jié)溫度低于200℃，輔助壓力可以低于1-5MPa或者無(wú)壓，并且連接層仍能保持較高的耐熱溫度和很好的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力。燒結(jié)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自納米銀體系的表面能和體系的凹陷能，系統(tǒng)中顆粒尺寸越小，其比表面積越大，從而表面能越高，驅(qū)動(dòng)力越大。外界對(duì)系統(tǒng)所施加的壓力、系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)勢(shì)差及接觸顆粒間的應(yīng)力也是銀原子擴(kuò)散遷移的驅(qū)動(dòng)力。燒結(jié)得到的連接層為多孔結(jié)構(gòu)，空洞尺寸在微米以及納米級(jí)別。當(dāng)連接層的孔隙率為10%的情況下，其導(dǎo)熱及導(dǎo)電率可達(dá)到純銀的90%，遠(yuǎn)高于普通軟釬焊料。

二、銀燒結(jié)工藝技術(shù)的原理

銀燒結(jié)技術(shù)是一種對(duì)微米級(jí)及以下的銀顆粒在300℃以下進(jìn)行燒結(jié)，通過(guò)原子間的擴(kuò)散從而實(shí)現(xiàn)良好連接的技術(shù)。所用的燒結(jié)材料的基本成分是銀顆粒，根據(jù)狀態(tài)不同，燒結(jié)材料一般為銀漿（銀膏）、銀膜，對(duì)應(yīng)的工藝也不同：

1、銀漿工藝流程

銀漿印刷——預(yù)熱烘烤——芯片貼片——加壓燒結(jié)。

2、銀膜工藝流程

芯片轉(zhuǎn)印——芯片貼片——加壓燒結(jié)。

而芯片轉(zhuǎn)印是指將芯片在銀膜上壓一下，利用芯片銳利的邊緣，在銀膜上切出一個(gè)相同面積的銀膜并粘連到芯片背面。

以納米銀漿為例，如下圖所示，在燒結(jié)過(guò)程中，銀顆粒通過(guò)接觸形成燒結(jié)頸，銀原子通過(guò)擴(kuò)散遷移到燒結(jié)頸區(qū)域，從而燒結(jié)頸不斷長(zhǎng)大，相鄰銀顆粒之間的距離逐漸縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)，隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，孔洞逐漸變小，燒結(jié)密度和強(qiáng)度顯著增加，在燒結(jié)最后階段，多數(shù)孔洞被完全分割，小孔洞逐漸消失，大空洞逐漸變小，直到達(dá)到最終的致密度。燒結(jié)得到的連接層為多孔性結(jié)構(gòu)，孔洞尺寸在微米及亞微米級(jí)別，連接層具有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，熱匹配性能良好。

同時(shí)，燒結(jié)銀燒結(jié)時(shí)還有兩個(gè)關(guān)鍵因素：

1、表面自由能驅(qū)動(dòng)。

2、固體表面擴(kuò)散。

即使是固體，也會(huì)進(jìn)行一些擴(kuò)散，當(dāng)兩個(gè)金屬長(zhǎng)時(shí)間合在一起的時(shí)候，一定溫度下，擴(kuò)散會(huì)結(jié)合在一起的，但時(shí)間要足夠長(zhǎng)。燒結(jié)銀，就是納米銀顆粒在一定溫度和壓力燒結(jié)情況下，能讓銀顆粒進(jìn)行固體之間的擴(kuò)散，最后就形成這樣一個(gè)微觀的多孔狀的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲覀冇昧藷Y(jié)銀的結(jié)構(gòu)，所以現(xiàn)在主流的碳化硅模塊的應(yīng)用都和我們有相關(guān)的銀燒結(jié)項(xiàng)目。當(dāng)銀燒結(jié)工藝技術(shù)講到這里的時(shí)候，我覺(jué)得有必要跟大家分享一下燒結(jié)銀材料相關(guān)的內(nèi)容了。

三、燒結(jié)銀工藝制備流程

燒結(jié)銀是一種重要的半導(dǎo)體封裝和連接材料，其制備工藝涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟和參數(shù)控制。通過(guò)優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)和工藝流程，可以制備出高性能的燒結(jié)銀材料，滿足電子工業(yè)對(duì)高性能連接材料的需求。所以，燒結(jié)銀制備的工藝流程就顯得尤為重要，以下是通常包括幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

1、材料準(zhǔn)備

（1）納米銀粉制備

采用物理或化學(xué)方法制備高純度的納米銀粉，確保銀粉顆粒細(xì)小且均勻。

（2）燒結(jié)銀膏/膜制備

將納米銀粉與有機(jī)載體混合，通過(guò)攪拌、研磨等工藝制備成燒結(jié)銀膏或燒結(jié)銀膜。

2、基片處理

對(duì)需要進(jìn)行燒結(jié)的基片（如半導(dǎo)體芯片、陶瓷基板等）進(jìn)行清洗和表面處理，去除表面污染物和氧化物，提高燒結(jié)質(zhì)量。

3、涂布/貼裝

將燒結(jié)銀膏或燒結(jié)銀膜涂布或貼裝在基片表面，形成所需的連接圖形或結(jié)構(gòu)。

4、干燥

去除銀漿中的有機(jī)溶劑，使銀顆粒在基板表面形成一層均勻的薄膜。

5、燒結(jié)

將涂布或貼裝好的基片放入燒結(jié)爐中，在真空或特定氣氛（如氮?dú)?、氫氣等）下，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。燒結(jié)過(guò)程中，納米銀顆粒在表面自由能驅(qū)動(dòng)下發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，形成致密的燒結(jié)體。燒結(jié)溫度、時(shí)間、氣氛等參數(shù)需根據(jù)具體材料和工藝要求進(jìn)行優(yōu)化，以確保燒結(jié)質(zhì)量。

6、后續(xù)處理

燒結(jié)完成后，對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行清洗、檢測(cè)和后續(xù)加工（如切割、打磨等），以滿足最終產(chǎn)品的要求。

四、燒結(jié)銀工藝的應(yīng)用前景

1、微電子封裝

燒結(jié)銀膜作為替代傳統(tǒng)焊料的新材料，能夠顯著降低封裝過(guò)程中的熱應(yīng)力，提高封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。在3D封裝、系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等先進(jìn)封裝技術(shù)中展現(xiàn)出巨大潛力。

2、LED封裝

燒結(jié)銀膜作為封裝材料，不僅提升了LED芯片的散熱效率，還通過(guò)優(yōu)化電流分布，增強(qiáng)了LED的光輸出均勻性和穩(wěn)定性。

3、柔性電子

隨著可穿戴設(shè)備和智能物聯(lián)網(wǎng)的興起，燒結(jié)銀膜因其良好的柔韌性和可彎曲性，成為構(gòu)建柔性電路和傳感器的關(guān)鍵材料。

五、銀燒結(jié)工藝的分類

銀及其合金在電子、電力、航空航天等眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。為了提高銀材料的物理和機(jī)械性能，常采用燒結(jié)工藝進(jìn)行材料制備。燒結(jié)工藝根據(jù)施加壓力的不同，可分為無(wú)壓燒結(jié)和有壓燒結(jié)兩種。

1、無(wú)壓銀燒結(jié)工藝流程

無(wú)壓燒結(jié)，即在燒結(jié)過(guò)程中不施加外部壓力，通過(guò)粉末顆粒間的自有力和熱運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)致密化。無(wú)壓燒結(jié)銀的工藝流程主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）粉末制備

采用霧化、還原、電解等方法制備銀粉末。粉末的粒度、形貌和純度對(duì)燒結(jié)體的性能有重要影響。

（2）粉末混合

將銀粉末與添加劑（如燒結(jié)助劑、增韌相等）按一定比例混合均勻?；旌线^(guò)程需避免粉末的氧化和污染。

（3）成型

將混合后的粉末填充到模具中，通過(guò)冷壓、等靜壓等方式進(jìn)行預(yù)成型。預(yù)成型坯體的密度和均勻性對(duì)燒結(jié)體的最終性能有直接影響。

（4）燒結(jié)

將預(yù)成型坯體置于燒結(jié)爐中，在無(wú)壓或微壓環(huán)境下進(jìn)行加熱。燒結(jié)溫度、時(shí)間和氣氛需根據(jù)銀粉末的特性和產(chǎn)品要求進(jìn)行精確控制。在燒結(jié)過(guò)程中，粉末顆粒間發(fā)生擴(kuò)散、熔合等物理化學(xué)變化，形成具有一定強(qiáng)度和致密度的燒結(jié)體。

（5）后處理

燒結(jié)后的銀制品可能需要進(jìn)行熱處理、機(jī)械加工、表面處理等后處理工藝，以進(jìn)一步提高其性能或滿足特定應(yīng)用需求。

2、有壓銀燒結(jié)工藝流程

有壓燒結(jié)，即在燒結(jié)過(guò)程中施加外部壓力，以促進(jìn)粉末顆粒的致密化和形狀保持。有壓燒結(jié)銀的工藝流程與無(wú)壓燒結(jié)相似，但在燒結(jié)環(huán)節(jié)存在顯著差異。以下是有壓燒結(jié)銀的關(guān)鍵步驟：

（1）粉末制備和混合

與無(wú)壓燒結(jié)相同，有壓燒結(jié)銀也需要進(jìn)行粉末制備和混合。粉末的特性和混合均勻性對(duì)燒結(jié)體的性能同樣至關(guān)重要。

（2）成型

有壓燒結(jié)銀的成型過(guò)程通常與燒結(jié)過(guò)程相結(jié)合，即在加熱的同時(shí)施加壓力。這種熱壓成型的方法有助于提高坯體的密度和均勻性。

（3）熱壓燒結(jié)

將混合后的粉末置于熱壓模具中，在加熱的同時(shí)施加單向或雙向壓力。熱壓燒結(jié)的溫度、壓力和時(shí)間需根據(jù)銀粉末的特性和產(chǎn)品要求進(jìn)行精確控制。在熱壓燒結(jié)過(guò)程中，粉末顆粒在壓力和熱力的共同作用下發(fā)生塑性變形、擴(kuò)散和熔合等致密化機(jī)制，形成高密度和良好機(jī)械性能的燒結(jié)體。

（4）后處理

熱壓燒結(jié)后的銀制品可能需要進(jìn)行與無(wú)壓燒結(jié)相似的后處理工藝，如熱處理、機(jī)械加工和表面處理等。

六、無(wú)壓銀燒結(jié)與有壓銀燒結(jié)的區(qū)別分析

1、致密化機(jī)制

無(wú)壓燒結(jié)主要依靠粉末顆粒間的自有力和熱運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)致密化，而有壓燒結(jié)則通過(guò)外部施加的壓力和熱力共同作用促進(jìn)致密化。因此，有壓燒結(jié)通常能夠獲得更高密度的燒結(jié)體。

2、燒結(jié)溫度和時(shí)間

由于有壓燒結(jié)在加壓的同時(shí)進(jìn)行加熱，粉末顆粒間的接觸和擴(kuò)散過(guò)程得到加強(qiáng)，因此可以在較低的溫度和較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)致密化。相比之下，無(wú)壓燒結(jié)通常需要更高的溫度和更長(zhǎng)的時(shí)間。

3、產(chǎn)品性能

由于有壓燒結(jié)能夠獲得更高密度的燒結(jié)體，并且燒結(jié)過(guò)程中顆粒間的結(jié)合更加緊密，因此有壓燒結(jié)銀制品通常具有更優(yōu)異的機(jī)械性能和電性能。然而，無(wú)壓燒結(jié)在制備復(fù)雜形狀和大型構(gòu)件時(shí)具有更高的靈活性。

4、設(shè)備成本

有壓燒結(jié)設(shè)備通常比無(wú)壓燒結(jié)設(shè)備更復(fù)雜、更昂貴，因?yàn)樾枰~外的加壓系統(tǒng)和模具。此外，有壓燒結(jié)過(guò)程中的壓力控制也對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。

所以，無(wú)壓燒結(jié)銀和有壓燒結(jié)銀作為兩種重要的粉末冶金工藝，在銀材料制備領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。無(wú)壓燒結(jié)具有工藝流程簡(jiǎn)單、成本低廉、適用于制備復(fù)雜形狀和大型構(gòu)件等優(yōu)點(diǎn)；而有壓燒結(jié)則能夠獲得更高密度和更優(yōu)異性能的燒結(jié)體。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品要求、生產(chǎn)成本和設(shè)備條件等因素綜合考慮選擇合適的燒結(jié)工藝。

隨著科技的進(jìn)步和粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)無(wú)壓燒結(jié)和有壓燒結(jié)銀工藝將不斷改進(jìn)和優(yōu)化。例如，通過(guò)粉末制備技術(shù)的創(chuàng)新，可以獲得更細(xì)、更均勻、更高純度的銀粉末；通過(guò)燒結(jié)工藝參數(shù)的精確控制和智能化管理，可以實(shí)現(xiàn)更高效、更節(jié)能、更環(huán)保的生產(chǎn)過(guò)程；通過(guò)新材料的設(shè)計(jì)和復(fù)合化技術(shù)的應(yīng)用，可以開(kāi)發(fā)出具有更高性能、更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的銀基復(fù)合材料。這些發(fā)展將為銀材料的制備和應(yīng)用提供更廣闊的空間和機(jī)遇。

七、銀燒結(jié)工藝技術(shù)在功率模塊封裝的應(yīng)用

隨著新一代IGBT芯片及功率密度的進(jìn)一步提高，對(duì)功率電子模塊及其封裝工藝要求也越來(lái)越高。特別是芯片與基板的互連技術(shù)，很大程度上決定了功率模塊的壽命和可靠性。傳統(tǒng)釬焊料熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，難以滿足高功率器件封裝及其高溫應(yīng)用要求。而銀燒結(jié)技術(shù)憑借其高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電以及高可靠性的優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為功率半導(dǎo)體器件封裝的首選。

1、提高功率模塊的工作環(huán)境溫度及使用壽命

在功率半導(dǎo)體器件封裝中，散熱性能是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的焊料合金由于其導(dǎo)熱性能有限，往往難以滿足高功率密度器件的散熱需求。而銀燒結(jié)技術(shù)憑借其高導(dǎo)熱率，可以有效地將器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，從而提高功率模塊的工作環(huán)境溫度及使用壽命。

2、適應(yīng)高溫SiC器件等寬禁帶半導(dǎo)體功率模塊

SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）等寬禁帶半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，非常適合制作應(yīng)用于高頻、高壓、高溫等應(yīng)用場(chǎng)合的功率模塊。然而，這些材料對(duì)封裝的要求也非常高，尤其是對(duì)散熱和可靠性的要求更加嚴(yán)苛。銀燒結(jié)技術(shù)以其高導(dǎo)熱性和高可靠性，特別適合作為高溫SiC器件等寬禁帶半導(dǎo)體功率模塊的芯片互連界面材料。

3、簡(jiǎn)化模塊封裝結(jié)構(gòu)

采用銀燒結(jié)技術(shù)可以簡(jiǎn)化模塊封裝的結(jié)構(gòu)。例如，可以將銀帶燒結(jié)在芯片正面代替鋁線，或取消底板將基板直接燒結(jié)在散熱器上。這不僅可以降低封裝的復(fù)雜性，還可以提高封裝的可靠性和散熱性能。

八、銀燒結(jié)工藝技術(shù)的發(fā)展方向

碳化硅芯片可在300℃以上穩(wěn)定工作，預(yù)計(jì)模塊溫度將達(dá)到175-200℃。傳統(tǒng)功率模塊中，芯片通過(guò)軟釬焊接到基板上，連接界面一般為兩相或三相合金系統(tǒng)，在溫度變化過(guò)程中，連接界面通過(guò)形成金屬化合物層讓芯片、軟釬焊料合金及基板之間形成互聯(lián)。目前電子封裝中常用的軟釬焊料為含鉛釬料或無(wú)鉛釬料，其熔點(diǎn)基本在300℃以下，采用軟釬焊工藝的功率模塊結(jié)溫一般低于150℃，應(yīng)用于溫度為175-200℃甚至200℃以上的情況時(shí)，其連接層性能會(huì)急劇退化，影響模塊工作的可靠性。

為了得到可靠性良好的功率模塊，英飛凌在2006年推出了Easypack1的封裝形式，分別采用單面銀燒結(jié)技術(shù)和雙面銀燒結(jié)技術(shù)。通過(guò)相應(yīng)的高溫循環(huán)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)軟釬焊工藝，采用單面銀燒結(jié)技術(shù)的模塊壽命提高了5-10倍，而采用雙面銀燒結(jié)技術(shù)的模塊壽命提高了10倍以上。

之后2007年，賽米控推出了SkinTer技術(shù)，芯片和基板之間采用精細(xì)銀粉銀燒結(jié)工藝進(jìn)行連接，在250℃及壓力輔助條件下得到低孔隙率銀層。相比于釬焊層，功率循環(huán)能力提升了2-3倍，燒結(jié)層厚度減少約70%，熱導(dǎo)率大約提升3倍。2012年，英飛凌推出了XT互聯(lián)技術(shù)，芯片和基板之間采用銀燒結(jié)技術(shù)連接。循環(huán)試驗(yàn)表明，無(wú)底板功率模塊壽命提升達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)，有底板模塊壽命提升也在10倍以上。2015年，三菱電機(jī)采用銀燒結(jié)技術(shù)制作功率模塊，循環(huán)壽命是軟釬焊料的5倍左右。

作為高可靠的連結(jié)技術(shù)，燒結(jié)銀在以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體具有良好的應(yīng)用前景。燒結(jié)銀銀層具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，高達(dá)961度的熔點(diǎn)使其可靠性也大大提高，而燒結(jié)溫度和傳統(tǒng)焊料差不多，并且無(wú)鉛化對(duì)環(huán)境特別友好。

國(guó)外研究的第三代半導(dǎo)體連接技術(shù)有低溫?zé)Y(jié)銀連接技術(shù)、固液互擴(kuò)散連接（SLD）和瞬時(shí)液相燒結(jié)連接（TLPS），其中低溫?zé)Y(jié)銀技術(shù)是目前國(guó)外第三代半導(dǎo)體封裝技術(shù)中發(fā)展最為成熟、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)。與高溫?zé)o鉛釬料相比，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)。因此，銀燒結(jié)工藝技術(shù)的發(fā)展方向個(gè)人覺(jué)得有以下4點(diǎn)：

1、由于銀和SiC芯片背面材料熱膨脹系數(shù)不同引起的問(wèn)題，可通過(guò)添加金屬緩沖層來(lái)改善互連性能，但會(huì)增加功率模塊封裝工藝的復(fù)雜性和成本。采用滿足性能指標(biāo)和可靠性的燒結(jié)層代替緩沖層，成為研發(fā)的可行性方案。

2、銀層的電遷移現(xiàn)象，不利于功率電子器件長(zhǎng)期可靠應(yīng)用。銅燒結(jié)既能滿足減少電遷移現(xiàn)象，又能夠降低成本，使其成為高溫模具連接材料的一種很有前途的替代品。

3、優(yōu)化燒結(jié)工業(yè)，創(chuàng)新燒結(jié)方案，縮減預(yù)熱、燒結(jié)時(shí)長(zhǎng)，提升生產(chǎn)效率；流水線工作，提升可制造性和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的靈活性。

4、與無(wú)壓燒結(jié)相比，低壓燒結(jié)可靠度和散熱性能較好。雖然部分廠商已解決壓力問(wèn)題，但是燒結(jié)過(guò)程中的致密性、連接層的溫控和極限環(huán)境中性能退化問(wèn)題還尚待解決。

九、銀燒結(jié)工藝技術(shù)的挑戰(zhàn)與前景

盡管銀燒結(jié)技術(shù)在功率半導(dǎo)體器件封裝中具有諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，銀燒結(jié)技術(shù)的工藝參數(shù)控制較為嚴(yán)格，需要精確控制燒結(jié)溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)以確保連接質(zhì)量。此外，銀的成本較高，可能會(huì)增加功率模塊的生產(chǎn)成本。

同時(shí)，銀燒結(jié)工藝技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展也是遇到了很大的挑戰(zhàn)：銀燒結(jié)技術(shù)所用的納米銀成本遠(yuǎn)高于焊膏，銀漿成本隨著銀顆粒尺寸的減小而增加，同時(shí)基板銅層的貴金屬鍍層也增加了成本；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；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；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，據(jù)我個(gè)人所知目前他們尚無(wú)有效的檢測(cè)方法，但近幾年有否突破，還有待考證。

然而，隨著新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和消費(fèi)者對(duì)汽車性能要求的不斷提高，功率半導(dǎo)體器件的市場(chǎng)需求也將持續(xù)增長(zhǎng)。銀燒結(jié)技術(shù)憑借其高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電以及高可靠性的優(yōu)勢(shì)，將在功率半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，隨著銀納米顆粒制備技術(shù)及其有機(jī)物體系合成方面的快速發(fā)展，銀燒結(jié)技術(shù)的成本也有望逐漸降低，進(jìn)一步推動(dòng)其在功率半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

寫在最后面的話

銀燒結(jié)工藝技術(shù)作為一種新型的高可靠性連接技術(shù)，正在逐漸成為功率半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域的主流選擇。憑借其高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電以及高可靠性的優(yōu)勢(shì)，銀燒結(jié)技術(shù)不僅可以提高功率模塊的工作環(huán)境溫度及使用壽命，還可以適應(yīng)高溫SiC器件等寬禁帶半導(dǎo)體功率模塊的需求，并簡(jiǎn)化模塊封裝結(jié)構(gòu)。盡管在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低，銀燒結(jié)技術(shù)將在功率半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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審核編輯 黃宇