2026. gada jūlijā enerģijas pusvadītāju nozare piedzīvoja vēl vienu cenu pieauguma kārtu. Infineon jau otro reizi koriģēja cenas, gandrīz 20 ražotājiem sekojot šim piemēram, pagarinot piegādes ciklus līdz 40{5}}50 nedēļām. Šīs parādības pamatā ir trešās -paaudzes SiC/GaN pusvadītāju eksplozijas pieaugums tādās jomās kā jauni enerģijas transportlīdzekļi, AI datu centru HVDC barošanas avoti un enerģijas uzglabāšanas PCS. Kā piemēru ņemot 800 V jaunus enerģijas transportlīdzekļus, SiC jaudas moduļu izplatības līmenis tirgū ir pārsniedzis 60%, savukārt pieprasījums pēc augsta jaudas blīvuma barošanas avotiem mākslīgā intelekta datu centros veicina SiC tehnoloģijas straujo attīstību uz augstāku strāvu un augstāku savienojumu temperatūru.
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 grādi, kļūst par galveno procesu izvēli augstas-uzticamības starpsavienojumiem SiC barošanas moduļos.
I. Sudraba saķepināšanas pamatprincipi
Sudraba saķepināšana būtībā ir cietvielu{0}}difūzijas savienošanas process. Atšķirībā no lodēšanas šķidrās -fāzes atkārtotas plūsmas, sudraba saķepināšana izmanto nano-sudraba daļiņas (vai mikro-sudraba daļiņas) zemas-temperatūras (220-250 grādi) un augsta spiediena (20-40 MPa) apstākļos, veidojot blīvu metālisko daļiņu difūzijas slāni un atomu izkliedes slāni. mehānismi.
Šo procesu var iedalīt trīs posmos:
1. posms: daļiņu pārkārtošanās. Zem spiediena sudraba daļiņas iziet fizisku kontaktu un pārkārtošanos, novēršot sākotnējo porainību.
2. posms: kakla augšana. Atomi blakus esošo daļiņu kontaktpunktos izkliedējas gar graudu robežām, veidojot "kaklus", strauji palielinot saķeres spēku starp daļiņām.
3. posms: poru likvidēšana. Nepārtraukta difūzija izraisa graudu augšanu un porainības saraušanos, kā rezultātā veidojas blīvs sudraba saķepināts slānis. Pēc saķepināšanas sudraba slāņa siltumvadītspēja ir tīri metāliska, novēršot intermetāliskā savienojuma (IMC) slāņa termisko pretestību tradicionālajos lodmetālos. Siltumvadītspēja sasniedz 200-250 W/m·K, kas ir 4-5 reizes augstāka nekā SnAg lodmetāla 50 W/m·K.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15 MPa, kas ievērojami pārsniedz 1000-cikla prasību, kas noteikta automobiļu-pakāpes AEC-Q101 standartam. Šis raksturlielums padara sudraba saķepināšanu par vēlamo starpsavienojumu tehnoloģiju elektrisko transportlīdzekļu galvenajām piedziņas jaudas moduļiem un augstas uzticamības kosmosa lietojumiem.
II. Procesu izaicinājumi un galvenās tehnoloģijas
Neskatoties uz nozīmīgajām sudraba saķepināšanas priekšrocībām, tā procesa kontrole saskaras ar vairākiem izaicinājumiem:
1. Saķepināšanas viendabīguma kontrole
Uniform sintering of large-area chips (>20 × 20 mm) ir galvenais izaicinājums. Sudraba pastas reoloģiskās īpašības, spiediena pārnešanas vienmērīgums un temperatūras lauka sadalījums ietekmē galīgo tukšumu attiecību. 1. Blīvuma starpība, kas pārsniedz 10% starp skaidas malu un centru, novedīs pie termomehāniskā sprieguma koncentrācijas, paātrinot starpsavienojuma slāņa noguruma bojājumu.
2. Interfeisa metalizācijas slāņa saskaņošana
Termiskās izplešanās koeficienta (CTE) atšķirība starp mikroshēmas aizmugurējo metalizācijas slāni (parasti Ag, Al vai TiN) un saķepināto sudraba slāni ir precīzi jākompensē, izmantojot procesa logus. Kā piemēru ņemot Ag/sudraba saķepināšanu/Ni-Au-DBC sistēmu, CTE ir attiecīgi 17, 19 un 7 ppm/grādi. Termiskais spriegums saskarnē ir jāsamazina, optimizējot spiediena līkni.
3. Void Rate Control
Nozare parasti prasa spēkā neesošu likmi<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:
Soli{0}}pa-spiediena ielāde: divu-pakāpju spiediena līkne, kas ietver priekšsildīšanu zema-spiediena, kam seko augsta-spiediena saķepināšana.
Nano sudraba pastas formulas optimizācija: samazina saķepināšanas aktivācijas enerģiju un uzlabo blīvēšanas kinētiku.
Tiešsaistes rentgena pārbaude: 100% rentgenstaru tukšuma noteikšana
4. Keramikas substrāta sinerģija
Saskarnes saskaņošana starp DBC (Direct Copper Clad) un AMB (Active Metal Brazing) keramikas pamatnēm un sudraba saķepināto slāni ir vienlīdz svarīga. AMB silīcija nitrīda substrāti ar lielisko termiskās izplešanās atbilstību (CTE aptuveni 2,5 ppm/grādi) strauji aizstāj tradicionālo AlN-DBC risinājumu SiC jaudas moduļos, uzlabojot moduļa jaudas cikla kalpošanas laiku.
III. Pēdējā PCBA saikne no gala-līdz{2}}drošībai
Sudraba saķepināšanas process ne tikai atrisina starpsavienojuma problēmu no mikroshēmas uz substrātu, bet arī attiecas uz strāvas moduļa iepakojuma uzticamību no gala -līdz-galam → PCBA montāža.
Kad SiC barošanas modulis ir pabeidzis saķepināšanu un savstarpēju savienojumu, tā elektriskais savienojums ar PCB, siltuma pārvaldības dizains un mehāniskā fiksācija ir jāņem vērā sistēmas{0}}līmeņa uzticamības ziņā.
Siltuma izkliedes dizains: zem sudraba saķepinātā slāņa ir jāprojektē efektīvs termiskais ceļš, optimizējot visu termiskās pretestības ķēdi no skaidu savienojuma temperatūras līdz apkārtējās vides temperatūrai.
Substrāta izkārtojums: DBC/AMB keramikas substrāta un PCB skursteņa struktūra ir jāpakļauj termomehāniskai simulācijai.
Lodēšanas procesa logs: moduļa un PCB lodēšanas temperatūras profiliem ir jāatbilst sudraba saķepinātā slāņa temperatūras robežai.
Betona pārklājums: barošanas moduļa pārklāšanas procesā ir jāņem vērā sudraba slāņa virsmas savietojamība.
