I juli 2026 upplevde krafthalvledarindustrin ytterligare en omgång av prisökningar. Infineon justerade sina priser för andra gången, med nästan 20 tillverkare som följde efter, vilket förlängde leveranscyklerna till 40-50 veckor. Bakom detta fenomen ligger den explosiva tillväxten av tredje-generations SiC/GaN-halvledare inom områden som nya energifordon, AI-datacenter HVDC-strömförsörjning och energilagrings-PCS. Om man tar 800V nya energifordon som exempel, har marknadspenetrationshastigheten för SiC-kraftmoduler överstigit 60 %, medan efterfrågan på{10}hög kraftdensitetsströmförsörjning i AI-datacenter driver den snabba utvecklingen av SiC-teknik mot högre ström och högre kopplingstemperaturer.
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, håller på att bli det vanliga processvalet för hög-tillförlitliga sammankopplingar i SiC-kraftmoduler.
I. Kärnprinciper för silversintring
Silversintring är i huvudsak en fast-diffusionsbindningsprocess. Till skillnad från återflödet i flytande-fas vid lödning, använder silversintring nano-silverpartiklar (eller mikro-silverpartiklar) under låg-temperatur (220-250 grader) och högtrycksförhållanden (20-40MPa) för att bilda ett tätt metalliskt bindningsskikt mellan partiklar och diffusionsmekanismer.
Denna process kan delas in i tre steg:
Steg 1: Partikelomläggning. Under tryck genomgår silverpartiklar fysisk kontakt och omarrangemang, vilket eliminerar initial porositet.
Steg 2: Nacktillväxt. Atomer vid kontaktpunkterna för intilliggande partiklar diffunderar längs korngränserna och bildar "halsar", vilket snabbt ökar bindningsstyrkan mellan partiklar.
Steg 3: Poreliminering. Kontinuerlig diffusion orsakar korntillväxt och porositetssammandragning, vilket slutligen resulterar i ett tätt silversintrat skikt. Efter sintring är silverskiktets värmeledningsförmåga rent metallisk, vilket eliminerar värmemotståndet hos det intermetalliska föreningsskiktet (IMC) i traditionella lödningar. Värmeledningsförmågan når 200-250 W/m·K, 4-5 gånger högre än 50 W/m·K för SnAg-lod.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15 MPa, vilket vida överskrider 1000-cykelkravet för fordons-AEC-Q101-standarden. Denna egenskap gör silversintring till den föredragna sammankopplingstekniken för elfordons huvuddrivkraftsmoduler och högtillförlitliga flygtillämpningar.
II. Processutmaningar och nyckelteknologier
Trots de betydande fördelarna med silversintring står dess processkontroll inför flera utmaningar:
1. Kontroll av sintringslikformighet
Uniform sintering of large-area chips (>20×20 mm) är den primära utmaningen. Silverpastans reologiska egenskaper, enhetligheten i trycköverföringen och temperaturfältsfördelningen påverkar alla det slutliga tomrumsförhållandet. 1. En densitetsskillnad som överstiger 10 % mellan spånkanten och mitten kommer att leda till termomekanisk spänningskoncentration, vilket accelererar utmattningsbrott i sammankopplingsskiktet.
2. Interface Metallisering Layer Matching
Skillnaden i termisk expansionskoefficient (CTE) mellan chipets bakre metalliseringsskikt (typiskt Ag, Al eller TiN) och det sintrade silverskiktet måste kompenseras exakt genom processfönster. Om man tar Ag/silver sintring/Ni-Au-DBC-systemet som ett exempel, är CTE:erna 17, 19 respektive 7 ppm/grad . Termisk stress vid gränssnittet måste mildras genom optimering av tryckkurvan.
3. Void Rate Control
Branschen kräver i allmänhet en void rate 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:
Steg-för-tryckbelastning: En två-tryckkurva som involverar låg-förvärmning följt av hög-tryckssintring.
Optimering av nanosilverpastaformulering: Minskar sintringsaktiveringsenergin och förbättrar förtätningskinetiken.
Online röntgeninspektion: 100 % röntgen-detektering av tomrumsfrekvens, ger feedback i realtid om processstatus.
4. Keramisk substratsynergi
Gränssnittsmatchning mellan DBC (Direct Copper Clad) och AMB (Active Metal Brazing) keramiska substrat och det silversintrade skiktet är lika avgörande. AMB-kiselnitridsubstrat, med sin utmärkta termiska expansionsmatchning (CTE cirka 2,5 ppm/grad), ersätter snabbt den traditionella AlN-DBC-lösningen i SiC-kraftmoduler, vilket förbättrar modulens livslängd.
III. Den sista länken i PCBA slutar-till-avsluta tillförlitlighet
Silversintringsprocessen löser inte bara sammankopplingsproblemet från chip till substrat, utan berör också slut-till-tillförlitligheten hos kraftmodulförpackning → PCBA-montering.
När SiC-strömmodulen har slutfört sintring och sammankoppling måste dess elektriska anslutning till PCB, värmehanteringsdesign och mekanisk fixering beaktas när det gäller tillförlitlighet på system-nivå:
Värmeavledningsdesign: En effektiv termisk bana måste utformas under det silversintrade skiktet, vilket optimerar hela termiska motståndskedjan från spånövergångstemperatur till omgivningstemperatur.
Substratlayout: Stackstrukturen- av det keramiska DBC/AMB-substratet och PCB:n måste utsättas för termomekanisk simulering.
Lödprocessfönster: Reflowlödningstemperaturprofilerna för modulen och PCB:n måste matcha temperaturgränsen för det silversintrade lagret.
Betongbeläggning: Beläggningsprocessen för kraftmodulen måste ta hänsyn till silverskiktets ytkompatibilitet.
