DTS+TCB預(yù)燒結(jié)銀焊盤工藝提高功率器件通流能力和功率循環(huán)能力

在新能源汽車、5G通訊、光伏儲(chǔ)能等終端應(yīng)用的發(fā)展下，SiC/GaN等第三代半導(dǎo)體材料水漲船高，成為時(shí)下特別火熱的發(fā)展領(lǐng)域之一。終端應(yīng)用市場對(duì)于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求日益增強(qiáng)，與此同時(shí)，各國能效標(biāo)準(zhǔn)也不斷演進(jìn)，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開關(guān)更快、導(dǎo)熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性，正在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。

新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封裝，以應(yīng)用于電動(dòng)車逆變器SiC導(dǎo)線架技術(shù)為例，導(dǎo)線架Copper Clip和SiC芯片連接采用燒結(jié)銀AS9385連接技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高可靠、高導(dǎo)電的連接的需求，很多Tier 1的控制器公司和Tier 2功率模組制造商，在汽車模組中均或多或少的采用該燒結(jié)銀技術(shù)，目前燒結(jié)銀技術(shù)主要用于對(duì)可靠性和散熱高要求的市場，在引線框架制作上除了要提供高可靠度的鍍銀品質(zhì)以符合燒結(jié)銀的搭接技術(shù)以外，由于燒結(jié)銀的膜厚只有20um-50um，不像傳統(tǒng)的錫膏搭接方式可透過錫膏量的調(diào)整補(bǔ)正搭接面共平面度不佳造成的搭接問題，燒結(jié)銀的搭接技術(shù)對(duì)于搭加處的共平面度要求公差只有20um，對(duì)于這種復(fù)雜的折彎成型式技術(shù)是一大挑戰(zhàn)。

在成型技術(shù)也相當(dāng)困難，由于電鍍銀是局部鍍銀，相較于全鍍，部分鍍銀技術(shù)很難，必須做模具，且放置芯片處用局部銀，一個(gè)導(dǎo)線架搭兩個(gè)芯片，芯片必須採局部銀，其他導(dǎo)線架必須用鎳鈀金，材料差異對(duì)導(dǎo)線架制作是很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

眾所周知，在單管封裝中，影響器件Rth(j-c)熱阻的主要是芯片、焊料和基板。SiC芯片材料的導(dǎo)熱率為370W/(m.K)，遠(yuǎn)高于IGBT的Si(124W/(m.K))，甚至超過金屬鋁(220W/(m.K))，與Lead Frame的銅(390 W/(m.K))非常接近。而一般焊料的導(dǎo)熱率才60 W/(m.K)左右，典型厚度在50-100um，所占整個(gè)器件內(nèi)部Rth(j-c)熱阻之權(quán)重，是不言而喻的。所以，單管封裝中引入擴(kuò)散焊“Diffusion Soldering”，省了芯片與lead frame之間的焊料，優(yōu)化了器件熱阻。以1200V/30mOhm的SiC MOSFET單管為例，基于GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝，相比當(dāng)前焊接版的TO247-3/4L，可降低約25%的穩(wěn)態(tài)熱阻Rth(j-c)，和約45%的瞬態(tài)熱阻。

目前，客戶存的較大痛點(diǎn)是鍵合時(shí)良率低，善仁新材推出的預(yù)燒結(jié)焊片主要優(yōu)勢是：提高芯片的通流能力和功率循環(huán)能力，保護(hù)芯片以實(shí)現(xiàn)高良率的銅線鍵合。

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。可分為功率IC和功率分立器件兩大類，二者集成為功率模塊（包含MOSFET/IGBT模塊、IPM模塊、PIM模塊）。隨著電力電子模塊的功率密度、工作溫度及其對(duì)可靠性的要求越來越高，當(dāng)前的封裝材料已經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用極限。

善仁新材的GVF9700無壓預(yù)燒結(jié)焊盤和GVF9800有壓預(yù)燒結(jié)焊盤，為客戶帶來多重便利，包括無需印刷、點(diǎn)膠或干燥，GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）可以將銅鍵合線和燒結(jié)工藝很好結(jié)合在一起，同時(shí)具有較高的靈活性，可以同時(shí)讓多個(gè)鍵合線連接在預(yù)燒結(jié)焊盤上來進(jìn)行頂部連接。

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）不僅能顯著提高芯片連接的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，以及芯片連接的可靠性，并對(duì)整個(gè)模塊的性能進(jìn)行優(yōu)化，還能幫助客戶提高生產(chǎn)率，降低芯片的破損率，加速新一代電力電子模塊的上市時(shí)間。

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding））能夠?qū)㈦娏﹄娮幽K的使用壽命延長50多倍，并確保芯片的載流容量提高50%以上。

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片還可以使結(jié)溫超過200°C。因此，GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片可大幅降低功率限額，或者在確保電流相同的情況下縮小芯片尺寸，從而降低電力成本。

SHAREX的GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）是結(jié)合了燒結(jié)銀，銅箔和其他材料的一種復(fù)合材料，由以下四個(gè)部分組成：具有鍵合功能的銅箔；預(yù)涂布AS9385系列燒結(jié)銀；燒結(jié)前可選用臨時(shí)固定的膠粘劑；保護(hù)膜或者承載物。

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）和金，銀，銅表面剪切強(qiáng)度都很大。

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）的使用方法為：Pick & Place；

GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）可以廣泛用于：Die Attach, Die Top Attach, Spacer Attach等。

采用了GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝的Diffusion Soldering（擴(kuò)散焊）技術(shù)。簡而言之，就是在特定溫度和壓力條件下，使得SiC芯片的背面金屬，與Lead Frame表面金屬產(chǎn)生原子的相互擴(kuò)散，形成可靠的冶金連接，以釜底抽薪之勢，一舉省去中間焊料，所謂大道至簡、惟精惟一，惟GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片。一言以蔽之：采用了GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝時(shí)，降低器件穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱阻，同時(shí)提高器件可靠性。

在能源效率新時(shí)代，SiC開始加速滲透電動(dòng)汽車、光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)車充電樁、PFC/開關(guān)電源、軌道交通、變頻器等應(yīng)用場景，接下來將逐步打開更大的發(fā)展空間。