I juli 2026 oplevede krafthalvlederindustrien endnu en runde med prisstigninger. Infineon justerede sine priser for anden gang, hvor næsten 20 producenter fulgte trop, hvilket forlængede leveringscyklusserne til 40-50 uger. Bag dette fænomen er den eksplosive vækst af tredje-generations SiC/GaN-halvledere inden for områder som nye energikøretøjer, AI-datacenter HVDC-strømforsyninger og energilagrings-pc'er. Tager man 800V nye energikøretøjer som et eksempel, har markedspenetrationsraten for SiC-strømmoduler oversteget 60 %, mens efterspørgslen efter{10}}strømforsyninger med høj strømtæthed i AI-datacentre driver den hurtige udvikling af SiC-teknologien hen imod højere strømstyrke og højere overgangstemperaturer.
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 grader, er ved at blive det almindelige procesvalg for høj-pålidelighedsforbindelser i SiC-strømmoduler.
I. Kerneprincipper for sølvsintring
Sølvsintring er i bund og grund en fast-diffusionsbindingsproces. I modsætning til flydende-fasegenstrømning af lodning, anvender sølvsintring nano-sølvpartikler (eller mikro-sølvpartikler) under lav-temperatur (220-250 grader) og højtryksforhold (20-40MPa) til at danne et tæt metallisk vækstlag mellem partikelvækst og diffusionsmekanisme.
Denne proces kan opdeles i tre faser:
Trin 1: Partikelomlejring. Under tryk gennemgår sølvpartikler fysisk kontakt og omarrangering, hvilket eliminerer initial porøsitet.
Fase 2: Nakkevækst. Atomer ved kontaktpunkterne for tilstødende partikler diffunderer langs korngrænser og danner "halse", der hurtigt øger bindingsstyrken mellem partikler.
Trin 3: Pore eliminering. Kontinuerlig diffusion forårsager kornvækst og porøsitetssammentrækning, hvilket i sidste ende resulterer i et tæt sølvsintret lag. Efter sintring er sølvlagets termiske ledningsevne rent metallisk, hvilket eliminerer den termiske modstand af det intermetalliske sammensatte (IMC) lag i traditionelle lodninger. Den termiske ledningsevne når 200-250 W/m·K, 4-5 gange højere end 50 W/m·K af SnAg-loddemetal.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15 MPa, hvilket langt overstiger 1000-cykluskravet i bilindustriens-klasse AEC-Q101-standard. Denne egenskab gør sølvsintring til den foretrukne sammenkoblingsteknologi for elektriske køretøjers hoveddrivkraftmoduler og højpålidelige rumfartsapplikationer.
II. Procesudfordringer og nøgleteknologier
På trods af de betydelige fordele ved sølvsintring står dens processtyring over for flere udfordringer:
1. Sintringsensartethedskontrol
Uniform sintering of large-area chips (>20×20 mm) er den primære udfordring. Sølvpastaens rheologiske egenskaber, ensartetheden af tryktransmission og temperaturfeltfordelingen påvirker alle det endelige hulrumsforhold. 1. En tæthedsforskel på over 10 % mellem spånkanten og midten vil føre til termomekanisk spændingskoncentration, hvilket accelererer træthedsfejl i sammenkoblingslaget.
2. Interface Metallisering Layer Matching
Forskellen i termisk udvidelseskoefficient (CTE) mellem chippens bageste metalliseringslag (typisk Ag, Al eller TiN) og det sintrede sølvlag skal kompenseres præcist gennem procesvinduer. Tager vi Ag/sølvsintring/Ni-Au-DBC-systemet som eksempel, er CTE'erne henholdsvis 17, 19 og 7 ppm/grad. Termisk spænding ved grænsefladen skal afbødes gennem trykkurveoptimering.
3. Ugyldig ratekontrol
Industrien kræver generelt en ugyldighedsprocent på<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:
Trin-for-trykbelastning: En to-trykkurve, der involverer lav-forvarmning efterfulgt af-højtrykssintring.
Optimering af nano-sølvpastaformulering: Reducerer sintringsaktiveringsenergien og forbedrer fortætningskinetikken.
Online røntgeninspektion: 100 % røntgen-detektion af tomrumsfrekvens, der giver feedback i realtid om processtatus.
4. Keramisk substratsynergi
Interfacetilpasning mellem DBC (Direct Copper Clad) og AMB (Active Metal Brazing) keramiske substrater og det sølvsintrede lag er lige så afgørende. AMB-siliciumnitridsubstrater med deres fremragende termiske ekspansionsmatchning (CTE ca. 2,5 ppm/grad) erstatter hurtigt den traditionelle AlN-DBC-løsning i SiC-strømmoduler, hvilket forbedrer modulets levetid.
III. Det sidste link i PCBA slutter-til-at afslutte pålidelighed
Sølvsintringsprocessen løser ikke kun sammenkoblingsproblemet fra chip til substrat, men vedrører også slut-til-pålidelighed af strømmodulpakning → PCBA-samling.
Når SiC-strømmodulet har fuldført sintring og sammenkobling, skal dets elektriske forbindelse til printkortet, termisk styringsdesign og mekanisk fiksering alle overvejes med hensyn til system-pålidelighed:
Varmeafledningsdesign: Der skal designes en effektiv termisk bane under det sølvsintrede lag, der optimerer den komplette termiske modstandskæde fra chipforbindelsestemperatur til omgivelsestemperatur.
Substratlayout: Stable--op-strukturen af det DBC/AMB-keramiske substrat og PCB'et skal udsættes for termomekanisk simulering.
Loddeprocesvindue: Reflow-loddetemperaturprofilerne for modulet og printkortet skal matche temperaturgrænsen for det sølvsintrede lag.
Betonbelægning: Belægningsprocessen for strømmodulet skal tage højde for sølvlagets overfladekompatibilitet.
