在新能源汽車、5G通訊、光伏儲(chǔ)能等終端應(yīng)用的發(fā)展下,SiC/GaN等第三代半導(dǎo)體材料水漲船高,成為時(shí)下特別火熱的發(fā)展領(lǐng)域之一。終端應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求日益增強(qiáng),與此同時(shí),各國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)也不斷演進(jìn),在此背景下,SiC憑借耐高溫、開關(guān)更快、導(dǎo)熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性,正在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。
新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封裝,以應(yīng)用于電動(dòng)車逆變器SiC導(dǎo)線架技術(shù)為例,導(dǎo)線架Copper Clip和SiC芯片連接采用燒結(jié)銀AS9385連接技術(shù),可實(shí)現(xiàn)高可靠、高導(dǎo)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(jié)銀技術(shù),目前燒結(jié)銀技術(shù)主要用于對(duì)可靠性和散熱高要求的市場(chǎng),在引線框架制作上除了要提供高可靠度的鍍銀品質(zhì)以符合燒結(jié)銀的搭接技術(shù)以外,由于燒結(jié)銀的膜厚只有20um-50um,不像傳統(tǒng)的錫膏搭接方式可透過(guò)錫膏量的調(diào)整補(bǔ)正搭接面共平面度不佳造成的搭接問(wèn)題,燒結(jié)銀的搭接技術(shù)對(duì)于搭加處的共平面度要求公差只有20um,對(duì)于這種復(fù)雜的折彎成型式技術(shù)是一大挑戰(zhàn)。
在成型技術(shù)也相當(dāng)困難,由于電鍍銀是局部鍍銀,相較于全鍍,部分鍍銀技術(shù)很難,必須做模具,且放置芯片處用局部銀,一個(gè)導(dǎo)線架搭兩個(gè)芯片,芯片必須採(cǎi)局部銀,其他導(dǎo)線架必須用鎳鈀金,材料差異對(duì)導(dǎo)線架制作是很大的技術(shù)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(dǎo)熱率為370W/(m.K),遠(yuǎn)高于IGBT的Si(124W/(m.K)),甚至超過(guò)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(dǎo)熱率才60 W/(m.K)左右,典型厚度在50-100um,所占整個(gè)器件內(nèi)部Rth(j-c)熱阻之權(quán)重,是不言而喻的。所以,單管封裝中引入擴(kuò)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(yù)燒結(jié)銀焊片工藝,相比當(dāng)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,客戶存的最大痛點(diǎn)是鍵合時(shí)良率低,善仁新材推出的預(yù)燒結(jié)焊片主要優(yōu)勢(shì)是:提高芯片的通流能力和功率循環(huán)能力,保護(hù)芯片以實(shí)現(xiàn)高良率的銅線鍵合。
功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換等??煞譃楣β蔍C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(duì)可靠性的要求越來(lái)越高,當(dāng)前的封裝材料已經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用極限。
善仁新材的GVF9700無(wú)壓預(yù)燒結(jié)焊盤和GVF9800有壓預(yù)燒結(jié)焊盤,為客戶帶來(lái)多重便利,包括無(wú)需印刷、點(diǎn)膠或干燥,GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝(DTS+TCB(Die Top System +Thick Cu Bonding)可以將銅鍵合線和燒結(jié)工藝很好結(jié)合在一起,同時(shí)具有較高的靈活性,可以同時(shí)讓多個(gè)鍵合線連接在預(yù)燒結(jié)焊盤上來(lái)進(jìn)行頂部連接。
GVF預(yù)燒結(jié)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(dǎo)電性、導(dǎo)熱性,以及芯片連接的可靠性,并對(duì)整個(gè)模塊的性能進(jìn)行優(yōu)化,還能幫助客戶提高生產(chǎn)率,降低芯片的破損率,加速新一代電力電子模塊的上市時(shí)間。
GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝(DTS+TCB(Die Top System +Thick Cu Bonding))能夠?qū)㈦娏﹄娮幽K的使用壽命延長(zhǎng)50多倍,并確保芯片的載流容量提高50%以上。
GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片還可以使結(jié)溫超過(guò)200°C。因此,GVF預(yù)燒結(jié)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(yù)燒結(jié)銀焊片工藝(DTS+TCB(Die Top System +Thick Cu Bonding)是結(jié)合了燒結(jié)銀,銅箔和其他材料的一種復(fù)合材料,由以下四個(gè)部分組成:具有鍵合功能的銅箔;預(yù)涂布AS9385系列燒結(jié)銀;燒結(jié)前可選用臨時(shí)固定的膠粘劑;保護(hù)膜或者承載物。
GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝(DTS+TCB(Die Top System +Thick Cu Bonding)和金,銀,銅表面剪切強(qiáng)度都很大。
GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝(DTS+TCB(Die Top System +Thick Cu Bonding)的使用方法為:Pick & Place;
GVF預(yù)燒結(jié)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(yù)燒結(jié)銀焊片工藝的Diffusion Soldering(擴(kuò)散焊)技術(shù)。簡(jiǎn)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(chǎn)生原子的相互擴(kuò)散,形成可靠的冶金連接,以釜底抽薪之勢(shì),一舉省去中間焊料,所謂大道至簡(jiǎn)、惟精惟一,惟GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片。一言以蔽之:采用了GVF預(yù)燒結(jié)銀焊片工藝時(shí),降低器件穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱阻,同時(shí)提高器件可靠性。
在能源效率新時(shí)代,SiC開始加速滲透電動(dòng)汽車、光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)車充電樁、PFC/開關(guān)電源、軌道交通、變頻器等應(yīng)用場(chǎng)景,接下來(lái)將逐步打開更大的發(fā)展空間。