中心議題：

• 功率模塊的燒結技術簡述
• 燒結技術的應用
• 燒結技術的未來

1994年nian以yi來lai，銀yin燒shao結jie技ji術shu已yi被bei用yong於yu芯xin片pian和he基ji板ban之zhi間jian的de連lian接jie。當dang時shi，許xu多duo國guo際ji會hui議yi都dou對dui銀yin燒shao結jie鍵jian合he層ceng的de性xing能neng和he在zai可ke靠kao性xing方fang麵mian的de優you勢shi進jin行xing了le分fen析xi和he報bao告gao。然ran而er
，當dang時shi認ren為wei這zhe種zhong鍵jian合he技ji術shu還hai不bu適shi用yong於yu大da型xing工gong業ye電dian子zi產chan品pin。

這些燒結芯片/基板間連接完全由特殊的銀粒子製成。這些銀粒子在某種環境下，產生燒結架橋形態，在兩個需鍵合組件之間形成一個可靠的連接。圖1顯示了燒結前後的銀粒子。在這方麵，有一點很重要，那就是要知道每個粒子是被特殊塗層材料所包圍。產生鍵合很簡單：隻(zhi)需(xu)在(zai)兩(liang)個(ge)需(xu)鍵(jian)合(he)組(zu)件(jian)之(zhi)間(jian)，根(gen)據(ju)所(suo)需(xu)粘(zhan)接(jie)層(ceng)的(de)厚(hou)度(du)，放(fang)置(zhi)一(yi)定(ding)數(shu)量(liang)的(de)粒(li)子(zi)並(bing)施(shi)加(jia)特(te)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)和(he)壓(ya)力(li)

，經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)特(te)定(ding)時(shi)間(jian)後(hou)
，就(jiu)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)穩(wen)定(ding)的(de)燒(shao)結(jie)連(lian)接(jie)。但(dan)是(shi)

，這(zhe)個(ge)基(ji)本(ben)過(guo)程(cheng)隻(zhi)適(shi)用(yong)於(yu)最(zui)初(chu)的(de)技(ji)術(shu)評(ping)估(gu)。


圖1.燒結處理前（左）和處理後（右）的銀擴散層

過(guo)去(qu)幾(ji)年(nian)
，一(yi)直(zhi)在(zai)對(dui)燒(shao)結(jie)技(ji)術(shu)的(de)工(gong)業(ye)化(hua)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)。已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)出(chu)的(de)獨(du)立(li)燒(shao)結(jie)粘(zhan)貼(tie)層(ceng)，是(shi)如(ru)今(jin)賽(sai)米(mi)控(kong)所(suo)認(ren)可(ke)和(he)實(shi)現(xian)的(de)燒(shao)結(jie)粘(zhan)貼(tie)層(ceng)的(de)基(ji)礎(chu)。此(ci)外(wai)，已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)生(sheng)產(chan)出(chu)燒(shao)結(jie)工(gong)程(cheng)工(gong)具(ju)來(lai)製(zhi)造(zao)5“×7“的多芯片DCB。燒結壓機被設計用來根據加工行為處理壓力負荷。加工過程還在不斷改善。

芯(xin)片(pian)與(yu)基(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)燒(shao)結(jie)層(ceng)的(de)接(jie)觸(chu)強(qiang)度(du)非(fei)常(chang)高(gao)。在(zai)可(ke)靠(kao)性(xing)測(ce)試(shi)中(zhong)

，燒(shao)結(jie)層(ceng)顯(xian)示(shi)出(chu)高(gao)負(fu)載(zai)循(xun)環(huan)能(neng)力(li)。燒(shao)結(jie)技(ji)術(shu)更(geng)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)優(you)勢(shi)是(shi)沒(mei)有(you)必(bi)須(xu)被(bei)清(qing)洗(xi)掉(diao)的(de)焊接停止層。芯片相對於基板的定位精度達到50μm。相比之下，采用焊接技術的定位精度隻有400μm，這在後續的圖像處理過程中會成為相當大的負擔。


圖2.燒結芯片與焊接芯片的功率循環能力對比

如果有人要考慮燒結層的厚度，燒結層的厚度比標準焊接層薄4.5倍，導熱係數大4倍(bei)。這(zhe)使(shi)得(de)燒(shao)結(jie)連(lian)接(jie)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)。燒(shao)結(jie)層(ceng)也(ye)表(biao)現(xian)出(chu)遠(yuan)高(gao)於(yu)焊(han)接(jie)層(ceng)的(de)循(xun)環(huan)能(neng)力(li)。這(zhe)就(jiu)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)事(shi)實(shi)，即(ji)燒(shao)結(jie)連(lian)接(jie)中(zhong)所(suo)用(yong)銀(yin)的(de)熔(rong)點(dian)比(bi)今(jin)天(tian)普(pu)遍(bian)使(shi)用(yong)的(de)無(wu)鉛(qian)焊(han)料(liao)要(yao)高(gao)出(chu)4倍（見表1）。燒結技術高溫穩定性表明連接層沒有老化。


[page]
應用中的燒結技術

用於22kW-150kW電動及混合動力汽車驅動變換器的SKiM®IGBT模塊係列采用了燒結技術。與采用焊接端子的有基板模塊相比

，SKiM®的熱循環能力提升了4倍。用於隔離的陶瓷底板DCB不是焊接在銅基板上
，而是采用壓接技術與散熱片相連接
，所有的熱接觸和電接觸都采用了壓接技術（見圖3）。直接定位在每個芯片旁的壓力點確保DCB均勻連接。無基板確保了出色的熱循環能力和低熱阻。圖3顯示了模塊外殼、壓接係統和用於柵極連接的彈簧觸點的剖麵圖。


圖3SKiM63的剖麵圖

完全沒有焊接，使得SKiM係列成為市場上第一款100％無焊接的模塊。燒結技術、壓接技術以及無基板設計的結合，確保了SKiM的熱循環能力為有基板焊接模塊的5倍。

在過去15年裏
，芯片的最高允許溫度持續上升。如今，最先進的矽器件，例如IGBT4/CAL4二極管，最高可以在175°C的芯片溫度下運行。今後，碳化矽的使用將在連接層的充足熱循環能力方麵帶來更大的挑戰，因為碳化矽組件可以運行在高達300°C的溫度下。然而，賽米控開發的燒結技術非常適合於這種高溫範圍。這就得到這樣一個事實，即這些連接層的熔點為961°C
，比如今普遍使用的焊料連接高出約740°C。燒結技術所引以為豪的這種高溫穩定性，意味著連接層無老化，這在可靠性測試中得到了驗證。


圖4.采用燒結芯片的模塊的熔化溫度比運行溫度高6倍

多年來，功率半導體模塊的應用領域發生了巨大的變化。過去，半導體模塊被用在具有確定冷卻技術/係統的固定控製櫃中，這些控製櫃往往易於接近。

與此相反，如今的功率模塊被用於移動應用中，例如

，冷卻後溫度仍高達110°C的車輛。如今所麵臨的挑戰是如何確保功率半導體器件在這樣的冷卻條件下能夠產生其最大允許電流Icmax。圖4說明了這兩個參數之間的關係
，以及在不犧牲可靠性的情況下
，芯片溫度升高時電流Ic可控。

燒結技術的未來

賽米控開發的燒結技術是一項關鍵技術
，它使所生產的組件更強大、更可靠，壽命更長。無底板模塊、壓接係統和燒結技術，這些用於麵向電動和混合動力汽車的SKiM係列模塊的原則也被用於第四代智能功率模塊SKiiP的開發，SKiiP模塊應用的領域包括風力和太陽能發電、電梯係統
、無軌電車、地鐵和地下交通工具。

燒結技術的優勢在第四代SKiiP中繼續：得益於鍍銀層，熱循環能力提升到了5倍、芯片和DBC之間牢不可破的連接

，功率循環能力提升到了2倍。