DTS+TCB預燒結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、光伏儲能等終端應用的發(fā)展下，SiC/GaN等第三代半導體材料水漲船高，成為時下特別火熱的發(fā)展領域之一。終端應用市場對于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設計需求日益增強，與此同時，各國能效標準也不斷演進，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開關更快、導熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性，正在不同的應用領域發(fā)光發(fā)熱。

新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封裝，以應用于電動車逆變器SiC導線架技術為例，導線架Copper Clip和SiC芯片連接采用燒結銀AS9385連接技術，可實現(xiàn)高可靠、高導電的連接的需求，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銀技術，目前燒結銀技術主要用于對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以符合燒結銀的搭接技術以外，由于燒結銀的膜厚只有20um-50um，不像傳統(tǒng)的錫膏搭接方式可透過錫膏量的調整補正搭接面共平面度不佳造成的搭接問題，燒結銀的搭接技術對于搭加處的共平面度要求公差只有20um，對于這種復雜的折彎成型式技術是一大挑戰(zhàn)。

在成型技術也相當困難，由于電鍍銀是局部鍍銀，相較于全鍍，部分鍍銀技術很難，必須做模具，且放置芯片處用局部銀，一個導線架搭兩個芯片，芯片必須採局部銀，其他導線架必須用鎳鈀金，材料差異對導線架制作是很大的技術挑戰(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芯片材料的導熱率為370W/(m.K)，遠高于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。而一般焊料的導熱率才60 W/(m.K)左右，典型厚度在50-100um，所占整個器件內部Rth(j-c)熱阻之權重，是不言而喻的。所以，單管封裝中引入擴散焊“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預燒結銀焊片工藝，相比當前焊接版的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，客戶存的較大痛點是鍵合時良率低，善仁新材推出的預燒結焊片主要優(yōu)勢是：提高芯片的通流能力和功率循環(huán)能力，保護芯片以實現(xiàn)高良率的銅線鍵合。

功率半導體是電子裝置中電能轉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、工作溫度及其對可靠性的要求越來越高，當前的封裝材料已經達到了應用極限。

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

GVF預燒結銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）不僅能顯著提高芯片連接的導電性、導熱性，以及芯片連接的可靠性，并對整個模塊的性能進行優(yōu)化，還能幫助客戶提高生產率，降低芯片的破損率，加速新一代電力電子模塊的上市時間。

GVF預燒結銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding））能夠將電力電子模塊的使用壽命延長50多倍，并確保芯片的載流容量提高50%以上。

GVF預燒結銀焊片還可以使結溫超過200°C。因此，GVF預燒結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預燒結銀焊片工藝（DTS+TCB（Die Top System +Thick Cu Bonding）是結合了燒結銀，銅箔和其他材料的一種復合材料，由以下四個部分組成：具有鍵合功能的銅箔；預涂布AS9385系列燒結銀；燒結前可選用臨時固定的膠粘劑；保護膜或者承載物。

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

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

GVF預燒結銀焊片工藝（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預燒結銀焊片工藝的Diffusion Soldering（擴散焊）技術。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表面金屬產生原子的相互擴散，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預燒結銀焊片。一言以蔽之：采用了GVF預燒結銀焊片工藝時，降低器件穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱阻，同時提高器件可靠性。

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