U srpnju 2026., industrija poluprovodnika električne energije doživjela je još jedan krug povećanja cijena. Infineon je prilagodio svoje cijene po drugi put, sa skoro 20 proizvođača koji su ih pratili, produžavajući cikluse isporuke na 40-50 sedmica. Iza ovog fenomena stoji eksplozivan rast treće{9}}generacije SiC/GaN poluprovodnika u poljima kao što su vozila sa novom energijom, HVDC napajanje za AI centar podataka i PCS za skladištenje energije. Uzimajući za primjer vozila s novom energijom od 800 V, stopa prodora SiC modula napajanja na tržište je premašila 60%, dok potražnja za izvorima napajanja velike{10}}napone u AI podatkovnim centrima pokreće brzu evoluciju SiC tehnologije prema višoj struji i višim temperaturama spoja.
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 stepeni, postaje glavni izbor procesa za visoko{1}}pouzdane interkonekcije u SiC energetskim modulima.
I. Osnovni principi sinterovanja srebra
Sinterovanje srebra je u suštini proces-difuzionog vezivanja u čvrstom stanju. Za razliku od tečne-faze reflow lemljenja, sinterovanje srebra koristi nano-čestice srebra (ili mikro-čestice srebra) pod niskim-temperaturama (220-250 stepeni) i uslovima visokog pritiska (20-40MPa) između sloja metala od dibona i atomskog sloja za formiranje dibonskog sloja mehanizmi rasta vrata.
Ovaj proces se može podijeliti u tri faze:
Faza 1: Preuređenje čestica. Pod pritiskom, čestice srebra se podvrgavaju fizičkom kontaktu i prestrojavanju, eliminišući početnu poroznost.
Faza 2: Rast vrata. Atomi na kontaktnim tačkama susednih čestica difunduju duž granica zrna, formirajući "vratove", brzo povećavajući snagu veze između čestica.
Faza 3: Eliminacija pora. Kontinuirana difuzija uzrokuje rast zrna i kontrakciju poroznosti, što na kraju rezultira gustim srebrnim sinteriranim slojem. Nakon sinterovanja, toplotna provodljivost srebrnog sloja je čisto metalna, eliminišući toplotnu otpornost sloja intermetalnog jedinjenja (IMC) u tradicionalnim lemovima. Toplotna provodljivost dostiže 200-250 W/m·K, 4-5 puta veća od 50 W/m·K SnAg lema.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa, što daleko premašuje zahtjeve od 1000-ciklusa prema automobilskom-razredu AEC-Q101 standarda. Ova karakteristika čini sinterovanje srebra preferiranom tehnologijom međusobnog povezivanja za energetske module glavnog pogona električnih vozila i visokopouzdane aplikacije u vazduhoplovstvu.
II. Izazovi procesa i ključne tehnologije
Unatoč značajnim prednostima sinteriranja srebra, njegova kontrola procesa suočava se s više izazova:
1. Kontrola uniformnosti sinterovanja
Uniform sintering of large-area chips (>20×20 mm) je primarni izazov. Reološka svojstva srebrne paste, ujednačenost prijenosa pritiska i raspodjela temperaturnog polja utječu na konačni omjer praznina. 1. Razlika u gustoći koja prelazi 10% između ruba čipa i centra dovest će do koncentracije termomehaničkog naprezanja, ubrzavajući kvar na zamoru sloja interkonekcije.
2. Uparivanje slojeva metalizacije interfejsa
Razlika u koeficijentu termičkog širenja (CTE) između zadnjeg metalizacionog sloja čipa (obično Ag, Al ili TiN) i sinterovanog srebrnog sloja mora se precizno kompenzirati kroz procesne prozore. Uzimajući Ag/srebrno sinterovanje/Ni-Au-DBC sistem kao primjer, CTE su 17, 19 i 7 ppm/stepen, respektivno. Toplotni napon na interfejsu treba da se ublaži optimizacijom krive pritiska.
3. Kontrola brzine praznine
Industrija općenito zahtijeva stopu praznine od<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:
Korak{0}}po{1}}opterećenje pod pritiskom: dvostepena kriva pritiska koja uključuje predgrijavanje niskog-pritiska praćenog visokim{4}}sinterovanjem.
Optimizacija formulacije nano srebrne paste: Smanjuje energiju aktivacije sinterovanja i poboljšava kinetiku zgušnjavanja.
Online X-Inspekcija X zraka: 100% X-Detekcija stope praznine zraka, pružanje-povratnih informacija u stvarnom vremenu o statusu procesa.
4. Sinergija keramičke podloge
Podudaranje sučelja između DBC (Direct Copper Clad) i AMB (Aktivno lemljenje metala) keramičkih supstrata i srebrnog sinterovanog sloja je jednako ključno. AMB podloge od silicijum nitrida, sa svojim odličnim usklađivanjem termičke ekspanzije (CTE približno 2,5ppm/stepen), brzo zamjenjuju tradicionalno AlN-DBC rješenje u SiC energetskim modulima, poboljšavajući životni vijek modula.
III. Konačna veza u PCBA end-do-pouzdanost
Proces sinterovanja srebra ne samo da rješava problem međusobnog povezivanja od čipa do podloge, već se odnosi i na pouzdanost od kraja-do-pouzdanosti pakovanja modula napajanja → PCBA sklopa.
Nakon što SiC modul za napajanje završi sinterovanje i međusobno povezivanje, njegova električna veza sa PCB-om, dizajn upravljanja termičkom energijom i mehaničko pričvršćivanje moraju se uzeti u obzir u smislu pouzdanosti na{0}}nivou sistema:
Dizajn odvođenja toplote: Ispod srebrnog sinterovanog sloja treba dizajnirati efikasan termalni put, optimizirajući kompletan lanac termičke otpornosti od temperature spoja čipa do temperature okoline.
Izgled podloge: Složena-struktura DBC/AMB keramičke podloge i PCB-a treba biti podvrgnuta termomehaničkoj simulaciji.
Prozor procesa lemljenja: Temperaturni profili lemljenja reflow modula i PCB-a moraju odgovarati temperaturnoj granici srebrnog sinterovanog sloja.
Premaz betona: Proces premazivanja energetskog modula treba uzeti u obzir kompatibilnost površine srebrnog sloja.
