烧结银原理、烧结银工艺流程和应用

烧结银原理、烧结银工艺流程和应用

烧结银主要应用在功率器件或者电力电子，特别是在新能源汽车和工业这块应用。

一 烧结银的原理

烧结银烧结有两个关键因素：第一，表面自由能驱动。第二，固体表面扩散。即使是固体，也会进行一些扩散，当两个金属长时间合在一起的时候，一定温度下，扩散会结合在一起的，但时间要足够长。烧结银，就是纳米银颗粒在一定温度和压力烧结情况下，能让银颗粒进行固体之间的扩散，最后就形成这样一个微观的多孔状的结构，因为我们用了烧结银的结构，所以现在主流的碳化硅模块的应用都和我们有相关的银烧结项目。

二 烧结银的工艺

要谈到解决方案，其实就谈到了工艺。接下来给各位看一下我们烧结银所对应的工艺。善仁新材的烧结银有膏状、点涂、印刷、膜状的，我们这边工艺有很多种工艺匹配，对应不同的产品。比如烧结银膜的工艺，只需要一台贴片机加压力设备就可以完成了。在晶圆级的连接上我们有相关解决方案，如果贵公司既有晶圆的生产又有封装的制造，晶圆也直接把烧结银膜贴上去，后面做封装简单很多，效率也高很多，问题也少很多。我们有这么多不同的产品，当你做到一定工艺以后最后表现出来的结果都是一致的。

三 烧结银的应用

善仁新材针对电力电子功率模块的烧结银分为三部分。第一，加压烧结银AS9385系列。这个行业用的烧结银现在都是印刷膏状的，我们公司除了印刷膏状的，还有点涂膏类型的烧结银，应用点主要就是不平整的平面烧结需求，用印刷工艺必须用到3D印刷，这样就增加了印刷难度和工艺难度，但是如果点涂就可以很好解决问题。第二，GVF烧结银膜。烧结银膜最好应用在小批量生产时候容易获得稳定产品质量的方案，现在很多与我们合作的客户刚开始先用烧结银膜工艺的，烧结银膜工艺成功量产后，再看是否选择其他方案。第三个就是TDS预烧结银焊片GVF9800，此类产品可以提高功率器件的通流能力和功率循环能力。还有一些应用在低压状态下的解决方案，比如像混合烧结、导电胶等，还有无压烧结银的解决方案都可以提供。

烧结产品在不同碳化硅模块等级里面的不同应用。我们把不同等级分为四大块，第一，芯片顶部的连接。第二，芯片的连接。第三芯片和基板的连接。第四，模块和散热器的连接。第五，晶圆级的连接。

GVF9800预烧结银焊片

1顶部连接-DTS（die top system）预烧结银焊片

顶部连接这块大部分材料和我们刚才说的烧结银的银膏、银膜、混合烧结这些都是可以用的，但是传统的工艺在在做芯片顶部连接时总会遇到一些局限。针对这些问题善仁新材专门开发出了一款DTS预烧结银焊片，根据芯片尺寸把焊片切割好了以后，贴到芯片顶部，后面的工艺就会非常容易实现，吸嘴把预成型的烧结银焊片吸起来，贴到芯片顶部，在一定温度下进行压力烧结，就可以很好地解决碳化硅用现有工艺的大规模生产问题。

2芯片和基板的连接

我们所对应的解决方案，第一，烧结银膏，包括点涂、印刷、喷印的，还有各种等级的银膜。在芯片和基板烧结的工艺当中，首先就是银膜工艺，如果以前没有做过烧结银的模块封装，可能刚开始想试试烧结银的模块，推荐采用烧结银膜的工艺，因为这个工艺最简单，而且工艺窗口也最宽泛，大家操控起来比较容易。烧结银膏既有印刷的又有点涂的，也有干法工艺和湿法工艺。干法工艺先做一次烘干，做完烘干以后再把芯片贴上去再做压力烧结。这个工艺，对印刷的工艺要求很高，同时设备投资很贵。还有一种工艺就是湿法工艺，芯片印刷完或点涂完以后先做贴片，这样印刷或者点涂的不良可以很好地避免。

很多厂家在量产功率模块的时候，工艺稳定性欠缺。SHAREX针对现在遇到的用膜的问题，把烧结银膜GVF9500直接切割成芯片的尺寸，使用烧结银膜的效率会更高，因为不需要再做切膜工艺，膜的覆盖也会更均匀更稳定。

为了控制芯片和基板之间的间距，善仁新材的烧结银做了特殊处理，烧结银总归会熔化后变成液态，芯片有时候会出现下沉和偏移的问题，打线工艺的时候有把芯片打碎的风险。如果用了预烧结银膜，芯片就能和基板控制的焊接非常稳定，打线不良率大幅度降低。善仁新材能把BLT在100微米的厚度控制在10微米以内。烧结银膜AS9500具有以下特点：可以进行热帖合工艺；完美控制BLT；贴合后无溢出等特点；可以用于Die top attach；Spacer attach；LF attach等应用；

3 模块的连接

善仁新材可以提供主要是烧结银膏、烧结银膜、预成型焊片。这个工艺推荐使用烧结银膏，要用厚一点的烧结银膏才能解决连接问题。可以用湿法烧结或者干法烧结的工艺，主要取决于模块和散热器的连接是一个平面还是一个非平面，如果一个平面用印刷就可以解决，如果不是一个平面建议用点涂的方式做，可以大幅度提高产品质量。

善仁新材的烧结银可以进行大面积的烧结，50*50mm面积用湿法烧结都没有问题。进行-40度到175度冷热冲击循环，基本上看不到任何开裂的表现。

4 模块和散热器的连接

散热器主要材质为铝或者铜，推荐使用AS9356烧结银和GVF9500烧结银膜

5 晶圆级的连接

推荐使用GVF9500烧结银膜

四 烧结银生态系统

第一，最主要的也是关键的东西就是要有好的烧结银。SHAREX针对整个碳化硅的封装和模块组装有烧结、焊接等不同产品解决方案。

第二，我们的烧结银选用了纳米结构的，可以增加它的烧结后的剪切强度：比如用德国某企业用微米级银粉的烧结银在邦定5*5mm的芯片到DBC上的剪切强度只有60Mpa；而用了纳米级银粉的烧结银AS9386的的剪切强度可以达到80Mpa以上。我们还有量产烧结银和低温浆料超过5年的批量生产经验。

第三，我们整个烧结银的生产都是我们全自主产业链自主可控的。从纳米银粉制造、烧结银膏制造、烧结银膜制造、DTS预烧结银焊片制造都是我们自己完成的。

第四，我们供应链有可靠的合作伙伴，我们只是一个材料供应商，现在碳化硅的工艺和设备、材料、测试总体配合的，我们现在和主流的烧结设备供应商有大量合作；我们也有和贴片机的厂家合作。

第五，烧结银工艺流程，我们不仅仅是材料提供商，我们也是整体解决方案提供商。我们愿意给各位提供烧结银封装的所有经验，我们在上海的研发中已经有6年的时间了，如果各位对这个感兴趣欢迎各位到我们研发中心参观，我们这个实验室就是为了中国碳化硅模块封装和中国电动车市场服务的。我们的实验室有完整的实验设备和测试设备。

善仁新材的独特优势：对烧结银和低温浆料以及工艺超过17年的深刻理解；纳米烧结银独一无二的性能表现；超过5年的烧结银和银浆的量产经验；烧结银全产业链自主可控。