1、SiC模塊中哪些地方需要用到納米銀/納米銅燒結(jié)技術(shù)？

         對(duì)于一個(gè)碳化硅模塊來(lái)說(shuō)，或者對(duì)一個(gè)功率器件來(lái)說(shuō)，我們知道，芯片的正面和芯片的背面，首先是涉及到互連的，銀燒結(jié)或者銅燒結(jié)最早是應(yīng)用在芯片的背面，跟AMB基板進(jìn)行互連。隨著電流的增加，傳統(tǒng)的鋁線已經(jīng)不能滿足需求，在芯片正面打銅線或者用銅帶互連是理想的選擇。同時(shí)對(duì)于AMB板和散熱板之間，就是系統(tǒng)級(jí)燒結(jié)，現(xiàn)在用的是錫焊料技術(shù)，國(guó)內(nèi)很多車(chē)企和模塊封裝廠都在積極嘗試用大面積燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)互連，來(lái)滿足模塊高可靠封裝的要求。

圖1 納米銀燒結(jié)技術(shù)在sic芯片封裝的應(yīng)用

2、為什么銀燒結(jié)技術(shù)可以替代傳統(tǒng)錫焊料？

         對(duì)于IGBT，目前芯片互連主要用的是錫的回流焊。然而，對(duì)于焊錫來(lái)說(shuō)，使用溫度永遠(yuǎn)在焊接的溫度之下。對(duì)于燒結(jié)來(lái)說(shuō)，就沒(méi)有這個(gè)煩惱，燒結(jié)利用的是納米顆粒的尺寸效應(yīng)，將金屬材料做到納米和微米的尺度以后，對(duì)它施加溫度、壓力和時(shí)間三個(gè)驅(qū)動(dòng)力以后，讓它形成燒結(jié)體，就是業(yè)界經(jīng)常說(shuō)的低溫連接、高溫服役，也就是說(shuō)可以在180-250度下去互連，可以在200甚至500度以上使用。貴金屬銀具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，此外還具有很好的抗氧化性，其氧化物高溫可自行動(dòng)態(tài)分解，是當(dāng)前納米金屬燒結(jié)技術(shù)的首先金屬材料。

圖2 納米金屬燒結(jié)互連原理

3、銅燒結(jié)與銀燒結(jié)相比有哪些優(yōu)勢(shì)？

         我們都知道銀是貴金屬，未來(lái)隨著碳化硅芯片成本的降低，封裝成本會(huì)占比越來(lái)越高，這一塊雖然大家對(duì)銀燒結(jié)的成本現(xiàn)在沒(méi)有那么在意，隨著大面積燒結(jié)的應(yīng)用，隨著芯片成本的降低，大家一定會(huì)關(guān)心它的成本問(wèn)題。為什么大家現(xiàn)在都在關(guān)注銅燒結(jié)？我們將貴金屬銀換成銅以后，整個(gè)模塊的CTE會(huì)更匹配一些，第二個(gè)成本相比于銀燒結(jié)要低很多，但是銀和銅的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性是幾乎接近的。此外，銀燒結(jié)工藝為了保證質(zhì)量，通常在AMB基板上做一個(gè)選擇性鍍銀，提高了成本。如果做系統(tǒng)級(jí)燒結(jié)的時(shí)候還需要再鍍銀，這個(gè)時(shí)候就很麻煩，面積非常大，成本就非常高。再一個(gè)就是可靠性，已經(jīng)有一些研究表明，在功率循環(huán)的測(cè)試當(dāng)中，銅燒結(jié)表現(xiàn)出跟銀燒結(jié)不一樣的失效形式和不同的循環(huán)壽命。

圖3清連銅燒結(jié)剪切強(qiáng)度（芯片鍍層Ag，氮?dú)鈿夥?5MPa，5min）

4、如何解決銅燒結(jié)存在的氧化問(wèn)題？

         對(duì)于銅燒結(jié)來(lái)說(shuō)最大的問(wèn)題就是氧化的問(wèn)題，尤其是當(dāng)尺度到了納米尺度以后。從銅燒結(jié)使用的方式上來(lái)說(shuō)，主要從兩個(gè)途徑來(lái)解決它的氧化問(wèn)題，一個(gè)是從膏體本身的配方上，就是從材料端，第二個(gè)是從設(shè)備端，設(shè)備端要保證有防氧化的能力。還有一個(gè)更好的方案，我們知道在燒結(jié)的前道工序，有預(yù)熱，有熱貼，都會(huì)帶來(lái)溫度和氧氣，如果這個(gè)時(shí)候氧化了怎么辦呢？如果燒結(jié)設(shè)備有一定的還原能力，這個(gè)時(shí)候?qū)︺~燒結(jié)來(lái)說(shuō)，就可以做出更高質(zhì)量的產(chǎn)品?，F(xiàn)在銅燒結(jié)可以說(shuō)是呼之欲出，國(guó)內(nèi)外的廠商都在做積極的嘗試，包括我們和國(guó)內(nèi)的功率模塊廠商，最長(zhǎng)的合作時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了兩年，現(xiàn)在也進(jìn)入等待量產(chǎn)階段。

圖4 納米銅氧化與還原效果前后對(duì)比

5、無(wú)壓燒結(jié)與有壓燒結(jié)的區(qū)別是什么？

         現(xiàn)在碳化硅的模塊基本沒(méi)有在用無(wú)壓銀燒結(jié)，大家經(jīng)常問(wèn)不加壓行不行？無(wú)壓燒結(jié)通常用的是點(diǎn)膠方式，相比于有壓燒結(jié)，顧名思義就是在燒結(jié)的時(shí)候不需要輔助壓力，不給它輔助壓力以后，其燒結(jié)體孔隙率較高，可靠性低于有壓燒結(jié)。目前無(wú)壓燒結(jié)適用的芯片尺寸還比較小，大了以后容易產(chǎn)生孔洞等缺陷。目前在碳化硅二極管、射頻器件等得到了一定的應(yīng)用。無(wú)壓燒結(jié)在芯片正面互連用的銅夾（Clip），有很大的潛力，目前我們正在積極配合客戶做這一塊的驗(yàn)證，銅夾（Clip）加燒結(jié)工藝有望進(jìn)一步提升模塊的可靠性。     

圖5 無(wú)壓燒結(jié)產(chǎn)品使用與燒結(jié)互連后截面組織

6、納米銀/納米銅燒結(jié)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化難度如何？

         銀/銅燒結(jié)技術(shù)是SiC為代表的?性能芯?封裝的??檻核?技術(shù)。清連科技致力于高性能芯片高可靠封裝解決方案，是一家產(chǎn)業(yè)巨頭投資并孵化的企業(yè)，擁有數(shù)十名研發(fā)人員，其中有4名核?研發(fā)?員博?畢業(yè)于清華?學(xué)，屬于國(guó)際上最早研究銀/銅燒結(jié)技術(shù)團(tuán)隊(duì)之?，其產(chǎn)品已全面覆蓋了當(dāng)前市面所有納米金屬燒結(jié)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品。已與眾多頭部企業(yè)深度技術(shù)合作、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，有望實(shí)現(xiàn)?端封裝材料與裝備全國(guó)產(chǎn)化替代。依托近20年銀/銅燒結(jié)材料與設(shè)備研發(fā)基礎(chǔ)，清連科技?主開(kāi)發(fā)了對(duì)標(biāo)歐美產(chǎn)品的銀燒結(jié)材料與設(shè)備，并解決了當(dāng)前銀燒結(jié)存在的痛點(diǎn)；此外是國(guó)內(nèi)外極少數(shù)掌握銅燒結(jié)全套解決?案（封裝材料+封裝裝備+?藝）的半導(dǎo)體公司之?，并擁有豐富的器件可靠性評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)。

圖6 清連科技內(nèi)景

7、結(jié)束語(yǔ)與下期預(yù)告