深圳市亿伟世科技随着第三代半导体材料碳化硅（SiC）的广泛应用，功率模块的封装技术面临高温、高功率密度和高可靠性的严苛要求。传统锡焊技术因熔点低、导热性差等问题难以满足需求，而银烧结技术凭借其卓越性能成为碳化硅MOS模块封装的核心解决方案。
银烧结互连示意图
银烧结技术的原理
银烧结技术是一种通过低温（通常＜250℃）条件下对微米或纳米级银颗粒加压烧结，形成高致密连接层的工艺。其核心原理包括以下步骤：
银颗粒扩散：银颗粒在加压和加热条件下接触，通过原子扩散形成“烧结颈”，逐渐缩小孔隙，最终形成连续的多孔网络结构。
冶金结合：烧结过程中，银原子迁移至颗粒接触区，形成冶金结合，连接层熔点高达961℃，远高于传统焊料（如锡基合金的熔点仅约220℃）。
工艺分类：根据材料形态分为银浆和银膜工艺。银浆需印刷、预热、加压烧结，而银膜通过芯片转印直接贴合后烧结。
银烧结工艺流程图
银烧结技术的核心优势
与传统锡焊相比，银烧结技术在碳化硅封装中展现出以下显著优势：
高温稳定性：银的熔点达961℃，可在300℃以上长期稳定工作，适应碳化硅模块的高结温需求（175–200℃甚至更高）。
高导热与导电性：烧结银层导热率约240 W/m·K，是锡焊的3倍以上，显著降低热阻，提升散热效率。
高可靠性：无铅且抗热疲劳性能优异，热循环寿命比传统焊料提高5–10倍，降低因热膨胀系数差异导致的界面失效风险。
环保性：完全无铅，符合RoHS指令要求，减少环境污染。
结构简化：支持双面烧结技术，可替代铝线键合并简化模块结构，提升功率密度。
银烧结技术针对碳化硅模块封装的以下痛点提供了革命性解决方案：
1、传统焊料的热疲劳与失效：
锡基焊料在高温下易熔化和形成金属间化合物，导致连接层开裂。银烧结层的高熔点与低蠕变性可彻底解决此问题。
2、散热瓶颈：
烧结银的高导热率可将热阻降低60–70%，显著提升模块散热能力，支持更高功率密度设计。
3、工艺兼容性与成本优化：
善仁新材等企业通过纳米银粉技术降低烧结温度与压力（如AS9385系列实现200℃低压烧结），并支持裸铜基板直接烧结，减少贵金属镀层成本。
4、空洞率控制：
纳米银技术可消除传统微米级银烧结的微米级空洞，提升连接层致密性，避免局部过热。
5、生产效率提升：
优化后的工艺将烧结时间从60分钟缩短至20分钟，并支持大面积应用，满足量产需求。
尽管银烧结技术优势显著，但仍面临以下挑战：
成本压力：银浆材料成本较高（尤其纳米银粉），且需专用烧结设备，初期投资大。
工艺控制：需精确调控温度、压力及气氛，否则易导致芯片损伤或烧结不均。
环境稳定性：银层在潮湿或氧化环境中可能劣化，需进一步改进材料抗氧化性能。
未来发展方向：
材料创新：a）开发低成本烧结铜（如magiCu PE401）或无压烧结技术，降低对贵金属的依赖。b）通过纳米银颗粒的尺寸优化，提高界面致密性降低热阻，同时可兼容更敏感的芯片材料；进一步降低烧结温度至180℃，降低热应力，保护芯片。
成本控制：a）推动设备与工艺参数标准化，提升良率并降低成本。b）开发微米级银膏规模化生产工艺，推动成本降低30%以上。
跨领域应用：拓展至光伏逆变器、5G基站等民用领域，并向航空航天等领域扩展，发挥其高温与高可靠性优势。
银烧结技术通过其高温稳定性、优异热导率和环保特性，已成为碳化硅MOS模块封装的核心技术，解决了传统焊料的可靠性瓶颈，并推动功率电子向高密度、高集成度发展。尽管仍需克服成本与工艺挑战，但随着材料创新与工艺优化，银烧结技术将在新能源汽车、工业电源等领域持续释放潜力，引领第三代半导体封装技术的革新浪潮。
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