В июле 2026 года в силовой полупроводниковой промышленности произошел очередной виток повышения цен. Infineon скорректировала свои цены во второй раз, и почти 20 производителей последовали ее примеру, продлив циклы поставок до 40-50 недель. За этим явлением стоит бурный рост полупроводников SiC/GaN третьего-поколения в таких областях, как автомобили на новой энергии, источники питания высокого напряжения постоянного тока для центров обработки данных искусственного интеллекта и системы хранения энергии PCS. Если взять в качестве примера автомобили с новым источником питания 800 В, то уровень проникновения на рынок силовых модулей SiC превысил 60 %, а спрос на источники питания с высокой-плотностью мощности в центрах обработки данных искусственного интеллекта стимулирует быстрое развитие технологии SiC в сторону более высоких токов и более высоких температур перехода.
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 градусов, становится основным выбором процесса для высоконадежных межсоединений в силовых модулях SiC.
I. Основные принципы спекания серебра
Спекание серебра – это, по сути, процесс-диффузионной сварки в твердом состоянии. В отличие от жидкофазного оплавления при пайке, при спекании серебра используются нано-частицы серебра (или микрочастицы-серебра) в условиях низкой-температуры (220-250 градусов) и высокого давления (20–40 МПа) для формирования плотного металлического связующего слоя за счет атомной диффузии между частицами и механизмов роста шейки.
Этот процесс можно разделить на три этапа:
Этап 1: Перегруппировка частиц. Под давлением частицы серебра подвергаются физическому контакту и перегруппировке, устраняя первоначальную пористость.
Этап 2: Рост шеи. Атомы в точках контакта соседних частиц диффундируют по границам зерен, образуя «шейки», быстро увеличивая прочность связи между частицами.
Этап 3: Устранение пор. Непрерывная диффузия вызывает рост зерен и сокращение пористости, что в конечном итоге приводит к образованию плотного спеченного слоя серебра. После спекания теплопроводность слоя серебра становится чисто металлической, что исключает термическое сопротивление слоя интерметаллического соединения (IMC) в традиционных припоях. Теплопроводность достигает 200-250 Вт/м·К, что в 4-5 раз превышает 50 Вт/м·К припоя SnAg.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15 МПа, что значительно превышает требования автомобильного-класса AEC-Q101 к 1000-циклам. Эта характеристика делает спекание серебром предпочтительной технологией межсоединений для силовых модулей главного привода электромобилей и высоконадежных аэрокосмических приложений.
II. Технологические проблемы и ключевые технологии
Несмотря на значительные преимущества спекания серебром, управление процессом сталкивается с множеством проблем:
1. Контроль однородности спекания
Uniform sintering of large-area chips (>20×20 мм) — основная задача. Реологические свойства серебряной пасты, однородность передачи давления и распределение температурного поля — все это влияет на конечный коэффициент пустотности.. 1. Разница в плотности между краем и центром стружки, превышающая 10 %, приведет к концентрации термомеханических напряжений, ускоряя усталостное разрушение соединительного слоя.
2. Согласование слоев металлизации интерфейса.
Разница в коэффициенте теплового расширения (КТР) между слоем металлизации задней части чипа (обычно Ag, Al или TiN) и слоем спеченного серебра должна быть точно компенсирована с помощью технологических окон. Если взять в качестве примера систему спекания Ag/серебро/Ni-Au-DBC, то КТР составляет 17, 19 и 7 ppm/градус соответственно. Термическое напряжение на границе раздела необходимо снизить за счет оптимизации кривой давления.
3. Контроль уровня пустот
В отрасли обычно требуется ставка недействительности в размере<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:
Пошаговая--пошаговая нагрузка давлением: двух-кривая давления, включающая предварительный нагрев при низком-давлении и последующее спекание при высоком-давлении.
Оптимизация состава наносеребряной пасты: снижает энергию активации спекания и улучшает кинетику уплотнения.
Рентгеновская проверка в режиме онлайн:-Рентгеновская проверка: 100 %-обнаружение процента недействительности рентгеновских лучей, предоставление информации в-времени о состоянии процесса.
4. Синергия керамических подложек
Согласование границ раздела между керамическими подложками DBC (Direct Copper Clad) и AMB (Active Metal Brazing) и спеченным слоем серебра не менее важно. Подложки из нитрида кремния AMB с их отличным соответствием температурному расширению (КТР примерно 2,5 ppm/градус) быстро заменяют традиционное решение AlN-DBC в силовых модулях SiC, увеличивая срок службы модуля при циклическом питании.
III. Последнее звено в PCBA, обеспечивающее-конечную-надежность.
Процесс спекания серебром не только решает проблему соединения чипа с подложкой, но также обеспечивает сквозную--надежность упаковки силового модуля → сборки печатной платы.
После завершения спекания и соединения силового модуля SiC его электрическое соединение с печатной платой, конструкция терморегулирования и механическое крепление должны быть рассмотрены с точки зрения надежности на уровне системы:-
Проектирование рассеивания тепла. Под слоем спеченного серебра необходимо спроектировать эффективный тепловой путь, оптимизируя всю цепочку термического сопротивления от температуры перехода кристалла до температуры окружающей среды.
Компоновка подложки: многослойную-структуру керамической подложки DBC/AMB и печатной платы необходимо подвергнуть термомеханическому моделированию.
Окно процесса пайки: Профили температуры пайки оплавлением модуля и печатной платы должны соответствовать температурному пределу спеченного слоя серебра.
Покрытие бетона. При нанесении покрытия на силовой модуль необходимо учитывать совместимость поверхности слоя серебра.
