2026. aasta juulis koges elektrienergia pooljuhtide tööstus järjekordset hinnatõusuvooru. Infineon korrigeeris oma hindu teist korda, peaaegu 20 tootjat järgis eeskuju, pikendades tarnetsüklit 40{5}}50 nädalani. Selle nähtuse taga on kolmanda -põlvkonna SiC/GaN pooljuhtide plahvatuslik kasv sellistes valdkondades nagu uued energiasõidukid, tehisintellekti andmekeskuse HVDC toiteallikad ja energiasalvestavad PCS-id. Võttes näiteks 800 V uued energiasõidukid, on ränikarbiidi toitemoodulite turule sisenemise määr ületanud 60%, samas kui nõudlus suure võimsustihedusega toiteallikate järele tehisintellekti andmekeskustes viib ränikarbiidi tehnoloogia kiire arengu suurema voolu ja kõrgema ühendustemperatuuri poole.
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 kraadi, on muutumas peavooluvalikuks suure-kindlusega SiC toitemoodulite ühenduste jaoks.
I. Hõbeda paagutamise põhiprintsiibid
Hõbeda paagutamine on sisuliselt tahkis{0}}difusioonsideprotsess. Erinevalt jootmise vedela-faasi tagasivoolust kasutatakse hõbeda paagutamisel nano-hõbedaosakesi (või mikro-hõbedaosakesi) madalal -temperatuuril (220-250 kraadi) ja kõrgrõhul (20–40 MPa), et moodustada tihe metallide kasvukihi ja metalliosakeste difusioonikiht. mehhanismid.
Selle protsessi võib jagada kolme etappi:
1. etapp: osakeste ümberpaigutamine. Surve all puutuvad hõbedaosakesed füüsiliselt kokku ja muutuvad ümber, kõrvaldades esialgse poorsuse.
2. etapp: kaela kasv. Aatomid naaberosakeste kokkupuutepunktides difundeeruvad piki terade piire, moodustades "kaelad", suurendades kiiresti osakeste vahelise sideme tugevust.
3. etapp: pooride eemaldamine. Pidev difusioon põhjustab terade kasvu ja poorsuse kokkutõmbumist, mille tulemuseks on tihe hõbedane paagutatud kiht. Pärast paagutamist on hõbedakihi soojusjuhtivus puhtalt metalliline, välistades traditsioonilistes joodistes intermetallilise ühendi (IMC) kihi soojustakistuse. Soojusjuhtivus ulatub 200–250 W/m·K, mis on 4–5 korda kõrgem kui SnAg-joodise 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, mis ületab tunduvalt autotööstuse-klassi AEC-Q101 standardi 1000{2}}tsükli nõuet. See omadus muudab hõbeda paagutamise eelistatud ühendustehnoloogiaks elektrisõidukite peaajami jõumoodulite ja suure töökindlusega kosmoserakenduste jaoks.
II. Protsessi väljakutsed ja võtmetehnoloogiad
Vaatamata hõbeda paagutamise olulistele eelistele seisab selle protsessi juhtimine silmitsi mitme väljakutsega:
1. Paagutamise ühtsuse kontroll
Uniform sintering of large-area chips (>20 × 20 mm) on peamine väljakutse. Hõbedapasta reoloogilised omadused, rõhu ülekandumise ühtlus ja temperatuurivälja jaotus mõjutavad lõplikku tühimike suhet. 1. Tiheduse erinevus, mis ületab 10% kiibi serva ja keskpunkti vahel, põhjustab termomehaanilise pinge kontsentratsiooni, mis kiirendab ühenduskihi väsimust.
2. Liidese metallistamise kihi sobitamine
Kiibi tagumise metalliseerimiskihi (tavaliselt Ag, Al või TiN) ja paagutatud hõbedakihi soojuspaisumisteguri (CTE) erinevust tuleb protsessiakende kaudu täpselt kompenseerida. Võttes näiteks Ag/hõbeda paagutamise/Ni-Au-DBC süsteemi, on CTE-d vastavalt 17, 19 ja 7 ppm/kraadi. Liidese soojuspinget tuleb leevendada rõhukõvera optimeerimise abil.
3. Kehtetu kiiruse juhtimine
Tööstus nõuab üldiselt tühist määra<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:
Samm{0}}sammuline-survelaadimine: kahe-astmeline rõhukõver, mis hõlmab eelkuumutamist madalal-rõhul, millele järgneb kõrgrõhuga-paagutamine.
Nanohõbedapasta koostise optimeerimine: vähendab paagutamise aktiveerimise energiat ja parandab tihendamise kineetikat.
Võrgus-röntgenikiirgus: 100% röntgeni-tühinemissageduse tuvastamine, mis annab reaalajas- tagasisidet protsessi oleku kohta.
4. Keraamilise substraadi sünergia
Sama oluline on liidese sobitamine DBC (Direct Copper Clad) ja AMB (Active Metal Brazing) keraamiliste aluspindade ja hõbedase paagutatud kihi vahel. AMB räninitriidsubstraadid, millel on suurepärane soojuspaisumise sobivus (CTE ligikaudu 2,5 ppm/kraad), asendavad kiiresti traditsioonilise AlN-DBC lahenduse SiC toitemoodulites, parandades mooduli toitetsükli eluiga.
III. Viimane lüli PCBA otstest-ot{2}}otsani
Hõbedase paagutamise protsess ei lahenda mitte ainult kiibi ja substraadi vahelisi ühendusprobleeme, vaid puudutab ka toitemooduli pakkimise töökindlust -otseni- → PCBA montaaži.
Pärast seda, kui SiC toitemoodul on paagutamise ja ühendamise lõpetanud, tuleb selle elektrilist ühendamist PCB-ga, soojusjuhtimise disaini ja mehaanilist kinnitust süsteemi{0}}taseme töökindluse seisukohalt arvesse võtta.
Soojuse hajumise disain: hõbedase paagutatud kihi alla tuleb kujundada tõhus termiline tee, mis optimeerib kogu soojustakistusahelat laastu ristmiku temperatuurist ümbritseva keskkonna temperatuurini.
Substraadi paigutus: DBC/AMB keraamilise substraadi ja PCB virna{0}}struktuurile tuleb teha termomehaaniline simulatsioon.
Jootmisprotsessi aken: mooduli ja PCB tagasivoolu jootmise temperatuuriprofiilid peavad vastama hõbedase paagutatud kihi temperatuuripiirangule.
Betoonkate: toitemooduli katmisprotsessis tuleb arvestada hõbedakihi pinna ühilduvusega.
