Pada Julai 2026, industri semikonduktor kuasa mengalami satu lagi pusingan kenaikan harga. Infineon melaraskan harganya untuk kali kedua, dengan hampir 20 pengeluar mengikutinya, melanjutkan kitaran penghantaran kepada 40-50 minggu. Di sebalik fenomena ini ialah pertumbuhan pesat semikonduktor SiC/GaN generasi ketiga-dalam bidang seperti kenderaan tenaga baharu, bekalan kuasa HVDC pusat data AI dan PCS storan tenaga. Mengambil kenderaan tenaga baharu 800V sebagai contoh, kadar penembusan pasaran modul kuasa SiC telah melebihi 60%, manakala permintaan untuk{10}bekalan kuasa berketumpatan kuasa tinggi di pusat data AI memacu evolusi pantas teknologi SiC ke arah arus yang lebih tinggi dan suhu simpang yang lebih tinggi.
However, the high-reliability packaging of SiC power modules is becoming a key bottleneck in the industry chain. The thermal conductivity of traditional soldering processes is approximately 50 W/m·K, with a temperature limit of only 220℃, which can no longer meet the requirements of SiC modules for junction temperatures >175℃ and process temperatures >350℃. Silver sintering technology, with its thermal conductivity >200 W/m·K and temperature resistance >350 darjah , menjadi pilihan proses arus perdana untuk-kebolehpercayaan tinggi sambung dalam modul kuasa SiC.
I. Prinsip Teras Pensinteran Perak
Pensinteran perak pada asasnya ialah-proses ikatan resapan keadaan pepejal. Berbeza dengan-pengaliran semula fasa cecair pematerian, pensinteran perak menggunakan-zarah perak nano (atau zarah perak-mikro) di bawah suhu-rendah (220-250 darjah ) dan keadaan tekanan tinggi (20-40MPa) untuk membentuk satu mekanisme pertumbuhan resapan logam padat di antara leher logam
Proses ini boleh dibahagikan kepada tiga peringkat:
Peringkat 1: Penyusunan semula zarah. Di bawah tekanan, zarah perak mengalami sentuhan fizikal dan penyusunan semula, menghapuskan keliangan awal.
Peringkat 2: Pertumbuhan leher. Atom pada titik sentuhan zarah bersebelahan meresap di sepanjang sempadan butiran, membentuk "leher," dengan cepat meningkatkan kekuatan ikatan antara zarah.
Peringkat 3: Penghapusan liang. Resapan berterusan menyebabkan pertumbuhan bijirin dan pengecutan keliangan, akhirnya menghasilkan lapisan tersinter perak yang padat. Selepas pensinteran, kekonduksian terma lapisan perak adalah logam semata-mata, menghapuskan rintangan haba lapisan sebatian antara logam (IMC) dalam pemateri tradisional. Kekonduksian terma mencapai 200-250 W/m·K, 4-5 kali lebih tinggi daripada pateri SnAg 50 W/m·K.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa, jauh melebihi keperluan 1000-kitaran standard-gred AEC-Q101 automotif. Ciri ini menjadikan pensinteran perak sebagai teknologi sambung antara pilihan untuk modul kuasa pemacu utama kenderaan elektrik dan aplikasi aeroangkasa kebolehpercayaan tinggi.
II. Cabaran Proses dan Teknologi Utama
Walaupun kelebihan ketara pensinteran perak, kawalan prosesnya menghadapi pelbagai cabaran:
1. Kawalan Keseragaman Pensinteran
Uniform sintering of large-area chips (>20×20mm) adalah cabaran utama. Sifat reologi pes perak, keseragaman penghantaran tekanan dan taburan medan suhu semuanya mempengaruhi nisbah lompang akhir. 1. Perbezaan ketumpatan melebihi 10% antara tepi cip dan tengah akan membawa kepada kepekatan tegasan termomekanikal, mempercepatkan kegagalan lesu lapisan antara sambungan.
2. Padanan Lapisan Metalisasi Antaramuka
Perbezaan dalam pekali pengembangan terma (CTE) antara lapisan metalisasi belakang cip (biasanya Ag, Al, atau TiN) dan lapisan perak tersinter mesti diberi pampasan dengan tepat melalui tingkap proses. Mengambil sistem Ag/perak pensinteran/Ni-Au-DBC sebagai contoh, CTE ialah 17, 19 dan 7 ppm/ darjah , masing-masing. Tegasan terma pada antara muka perlu dikurangkan melalui pengoptimuman keluk tekanan.
3. Kawalan Kadar Batal
Industri ini secara amnya memerlukan kadar kosong sebanyak<5% in the sintered layer (tested according to IPC-A-610), but in actual production, void rate control for large-area chips is a core challenge. Current mainstream solutions include:
Langkah-demi-pemuatan tekanan langkah: Satu-lengkung tekanan dua peringkat yang melibatkan-pemanasan awal tekanan rendah diikuti dengan-pensinteran tekanan tinggi.
Pengoptimuman perumusan tampal perak nano: Mengurangkan tenaga pengaktifan pensinteran dan meningkatkan kinetik ketumpatan.
X dalam talian-Pemeriksaan sinar: 100% X-Pengesanan kadar kekosongan sinar, memberikan maklum balas masa-sebenar tentang status proses.
4. Sinergi substrat seramik
Padanan antara muka antara substrat seramik DBC (Direct Copper Clad) dan AMB (Active Metal Brazing) dan lapisan tersinter perak adalah sama penting. Substrat silikon nitrida AMB, dengan padanan pengembangan terma yang sangat baik (CTE lebih kurang 2.5ppm/ darjah ), menggantikan penyelesaian AlN-DBC tradisional dalam modul kuasa SiC dengan pantas, meningkatkan hayat kitaran kuasa modul.
III. Pautan akhir dalam PCBA hujung-ke-akhir kebolehpercayaan
Proses pensinteran perak bukan sahaja menyelesaikan masalah penyambungan daripada cip ke substrat, tetapi juga melibatkan kebolehpercayaan-ke-akhir pembungkusan modul kuasa → pemasangan PCBA.
Selepas modul kuasa SiC melengkapkan pensinteran dan penyambungan, sambungan elektriknya ke PCB, reka bentuk pengurusan terma dan penetapan mekanikal semuanya perlu dipertimbangkan dari segi-kebolehpercayaan tahap sistem:
Reka Bentuk Pelesapan Haba: Laluan terma yang cekap perlu direka bentuk di bawah lapisan tersinter perak, mengoptimumkan rantaian rintangan haba yang lengkap daripada suhu simpang cip kepada suhu ambien.
Reka Letak Substrat: Struktur timbunan-atas substrat seramik DBC/AMB dan PCB perlu tertakluk kepada simulasi termomekanikal.
Tetingkap Proses Pematerian: Profil suhu pematerian aliran semula modul dan PCB perlu sepadan dengan had suhu lapisan tersinter perak.
Salutan Konkrit: Proses salutan modul kuasa perlu mempertimbangkan keserasian permukaan lapisan perak.
