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 烧结银在SiC碳化硅模块封装的创新和挑战
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2021/04/07 19:53:47
1
ufuture
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LV3
排长

 烧结银在SiC碳化硅模块封装的创新和挑战

一  模块设计中的创新点以及困难

SiC 的使用是新的,芯片的烧结连接技术也是新的,尤其是用于汽车电力电子。最重要的是,使用善仁烧结银的模块技术比同行领先 2-3 年。同时也是被认为非常有前景和风险的。

时间压力是一个巨大的挑战。虽然模块的设计是可以的,但许多工艺是完全未知的。没有人真正知道要花费多长时间才能解决所有的问题。为了在设计好的流程下找到稳定且良好的性能,需要进行大量测试。

当在时间上压力比较大的时候,供应商有时会交付错误或者有缺陷的物料。为了避免这种问题,SHAREX必须有非常好的应变能力,以达到预期的结果。一旦我们完成了烧结纳米银设计,产业化就会推进到下一步的封装工艺。

技术障碍主要涉及烧结工艺。SHAREX的烧结银在厚度和密度上必须保证良好的均匀性。良好的性能意味着有压力,但这会增加硅片碎裂的风险。为避免这个问题,模具必须准确且垂直于基板。压力必须均匀、精确以及精确地施加在正确的位置。这才能确保了高性能、高可靠性和高良品率。

二 封装SiC模块的挑战和发展方向

SiC 和 GaN 都是可实现高功率密度以及高频功率半导体技术。使用传统的封装技术,封装工艺实际上已经变成了性能的瓶颈,而不是芯片。高导热率是允许模块输出更高功率的必要条件,高温烧结和低杂散电感是实现高频性能所必需的。典型的工艺包括:银烧结的芯片背面连接技术,改进的正面工艺包括粗铝绑定线、铜绑定线、铝铜绑定带,银烧结的正面缓冲层等、这些改进都有利于以减少寄生参数的影响。此外,优化器件内部电流对称设计,以进一步降低寄生电感。

SiC 还未成为主流。大多数电力电子设备仍在应用Si的技术。同时基于SiC技术前端的产业化仍在发展过程中:新晶圆厂建成,晶圆直径需要做的更大、成本需要更低等。此外,如何更好的应用SiC器件以及在相关产业的普及都还在发展阶段。在封装方面,SiC 和 Si 之间没有太大的区别。SiC 的设计要求可能更为严格,但用于优化 SiC 的所有流程也可用于优化IGBT等。当然,SiC 只是在所有设计方面都提出了更高的要求。在芯片技术方面,技术的发展刚刚进入一个产业化的阶段,技术的发展还有很大的空间。

早期阶段,有人担心SiC无法承受烧结过程的必要压力(SiC比Si更容易碎裂),但随着压力精确和均匀控制技术的发展,这种担心变得可以忽略不计。有一个领域存在很大的差异:在用于Transfer Molding的材料中。为了支持 SiC 较高的烧结温度,需要好的成型材料,并具有较高的高弹态温度。这些材料目前有很多供应商在开发,但只有少数供应商的产品能验证通过和应用。

三 开发SiC模块所获得的经验

1 烧结银结现在被视为一种可靠性很高的技术,而不仅仅是高性能,同时快速应用到更多的领域。

2 过去使用 Ag烧结芯片, 但现在我们使用 Ag 烧结芯片和铜排。善仁新材预估,很快将能够在基板和散热器上烧结。同时,Ag烧结会沿着装配链向下发展。

3 随着 SiC 和 GaN 更多的应用,将会有更多的投资在这上面。例如,在IT服务器中对电源模块使用 GaN的需求将会促进GaN封装的发展,就像SiC在电动汽车中一样。

4 烧结设备产能还在提升。同时,封装厂的需求会越来越大。

5 汽车公司本身也变得感兴趣,电力传动系统和普通电力电子系统未来可能有不同的发展路径。目前的Ag烧结材料仍有很多发展。这将扩大适用性和可靠性,并有望降低成本。

6善仁新材目前也在开发纳米铜,用Cu烧结材料取代Ag烧结材料是有发展前景的,但我们预估Cu烧结在生产过程中需要环境控制(真空、保护性气体等),或许生产成本会更高。并导致Cu烧结材料不会很快商用,至少不会大量使用。

 

2021/04/08 07:20:29
2
米山人家
电源币:250 | 积分:58 主题帖:9 | 回复帖:704
LV8
师长
虽然不太懂,但也看的津津有味
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