電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）新能源汽車發(fā)展過程中，可以看到電機(jī)功率越來越大、續(xù)航里程越來越長(zhǎng)，而對(duì)于控制電機(jī)的功率模塊來說，則需要不斷提高功率密度，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換效率，以達(dá)到節(jié)能的效果。但隨著功率模塊的功率密度越來越高，對(duì)模塊封裝互連可靠性、散熱性能等要求也提出了新的要求。

因此，在汽車功率模塊當(dāng)中，除了功率器件從硅基IGBT等轉(zhuǎn)向第三代半導(dǎo)體的SiC MOSFET之外，在模塊封裝互連上還需要進(jìn)一步的技術(shù)升級(jí)。

功率模塊銀燒結(jié)工藝

在功率模塊中，無論是IGBT還是SiC MOSFET的功率芯片，都需要與DBC（Direct Bond Copper）基板、AMB（Active Metal Brazing）基板或其他散熱組件進(jìn)行連接，以滿足功率芯片的電流傳輸?shù)耐瑫r(shí)，將功率芯片產(chǎn)生的熱量帶出。

DBC是一種陶瓷表面金屬化技術(shù)，因?yàn)樾枰邆淞己玫慕^緣能力和導(dǎo)熱能力，還需要具備一定電流傳輸能力，所以這種技術(shù)是在陶瓷絕緣層的上下兩面通過高溫?zé)Y(jié)銅金屬，使銅金屬與陶瓷之間形成堅(jiān)固的化學(xué)鍵和微小的金屬陶瓷互連，不需要傳統(tǒng)的粘合劑或焊接材料，穩(wěn)定性和熱循環(huán)性能較高。

AMB通常由陶瓷材料（如氧化鋁或氮化鋁）和覆蓋在其兩面的銅層組成，這些銅層通過活性金屬釬料與陶瓷緊密連接在一起。

而功率芯片與基板的連接，在新能源汽車等大功率應(yīng)用領(lǐng)域要面臨更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)，功率密度、工作溫度都大幅提高，對(duì)互連的可靠性要求也更高。傳統(tǒng)的芯片互連工藝是焊料焊接，比如SnAgCu 系和 SnSb 系等焊料無法在高溫工作環(huán)境下保證可靠性。

因此需要一種可靠性更高的工藝來將功率芯片和基板進(jìn)行連接，而銀燒結(jié)工藝正是解決了一系列的問題。首先銀是熱導(dǎo)率僅次于銅的金屬，同時(shí)相比于銅來說銀相對(duì)不容易氧化；其次是具備更高的粘結(jié)強(qiáng)度和高穩(wěn)定性，可以長(zhǎng)期工作在200℃以上的環(huán)境；且納米銀的燒結(jié)體導(dǎo)電性更強(qiáng)，電阻率低，能夠降低損耗。

具體來說，燒結(jié)工藝實(shí)際上就是一種將粉末加熱至熔化狀態(tài)并在其他材料表面形成粘結(jié)層，在粉末被加熱的過程中，粉末顆粒之間會(huì)發(fā)生粘結(jié)，形成具備一定強(qiáng)度和密度的多孔結(jié)構(gòu)或致密體。

而銀燒結(jié)一般是采用微米級(jí)以下尺寸的銀顆粒，混合有機(jī)粘合劑形成銀漿，增加流動(dòng)性。將銀漿印刷到芯片底部，然后將芯片放置在基板上，在高溫和真空的環(huán)境下加熱，使銀漿中的有機(jī)粘合劑揮發(fā)，銀顆粒熔化并燒結(jié)，形成堅(jiān)固的金屬鍵合。完成后功率芯片就可以與基板緊密連接，同時(shí)滿足電流傳輸和散熱的需求。

銀燒結(jié)工藝不僅提高了功率模塊的可靠性和穩(wěn)定性，還降低了系統(tǒng)的熱阻，提高了功率密度，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的效率和性能。此外，銀燒結(jié)工藝還可以減少系統(tǒng)的體積和重量，有利于新能源汽車等領(lǐng)域的輕量化設(shè)計(jì)。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高燒結(jié)連接的質(zhì)量和性能，還需要通過優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)、改進(jìn)銀漿配方和燒結(jié)設(shè)備等方式來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為了保證燒結(jié)連接的長(zhǎng)期可靠性，還需要對(duì)燒結(jié)后的連接進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估。

SiC加速普及，銀燒結(jié)工藝更為重要

最早在2006年，英飛凌就推出了采用單面銀燒結(jié)技術(shù)和雙面銀燒結(jié)技術(shù)的Easypack1封裝功率模塊。2007年，賽米推出的功率模塊技術(shù)SKiNTER也使用了銀燒結(jié)技術(shù)。

但作為一種用更高成本換取功率模塊更長(zhǎng)使用壽命，以及更高可靠性的技術(shù)，銀燒結(jié)技術(shù)在電動(dòng)汽車功率模塊上尤為重要。

目前電動(dòng)汽車的平臺(tái)電壓正在從400V往800V以上發(fā)展，而在這個(gè)過程中，SiC功率模塊也變得越來越普及。麥肯錫預(yù)測(cè)，到2030年，純電動(dòng)汽車（BEV）預(yù)計(jì)會(huì)占新能源汽車產(chǎn)量的75%，而混合動(dòng)力（HEV）和插電混動(dòng)（PHEV）汽車將占其余的25%。另外，到2030年，800V平臺(tái)的滲透率將超過50%。

在高壓應(yīng)用中，對(duì)器件可靠性提出了更高等級(jí)的要求。因此我們?cè)诮陙頍o論是車企還是供應(yīng)鏈推出的車用功率模塊中，都能看到銀燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用。

比如比亞迪在其e3.0平臺(tái)上的電控單元中，采用了新一代SiC功率模塊，并使用了納米銀燒結(jié)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)軟釬焊料焊接工藝，相比傳統(tǒng)的功率模塊，壽命能夠提升5倍以上，連接層熱阻也能降低95%。

芯聚能第二代SiC模塊也將采用銀燒結(jié)工藝，在芯片和芯片數(shù)量沒有變化的情況下，相比第一代的電流提升15%到20%。

去年在智新半導(dǎo)體產(chǎn)線下線的東風(fēng)汽車自主SiC功率模塊上，也采用了納米銀燒結(jié)工藝，同時(shí)包括銅鍵合技術(shù)、高性能氮化硅陶瓷襯板和定制化pin-fin散熱銅基板，熱阻較傳統(tǒng)工藝改善10%以上，工作溫度可達(dá)175℃，損耗相比IGBT模塊大幅降低40%以上，整車?yán)m(xù)航里程提升5%-8%。

小結(jié)：

SiC功率模塊在電動(dòng)汽車上加速普及的腳步，從過去30萬以上的車型，開始下沉到15萬左右的車型中，這也將進(jìn)一步推動(dòng)銀燒結(jié)在功率模塊上的應(yīng)用。