Nel luglio 2026, l’industria dei semiconduttori di potenza ha registrato un’altra tornata di aumenti dei prezzi. Infineon ha modificato i suoi prezzi per la seconda volta, seguito da quasi 20 produttori, estendendo i cicli di consegna a 40-50 settimane. Dietro questo fenomeno c'è la crescita esplosiva dei semiconduttori SiC/GaN di terza{9}}generazione in campi quali i veicoli a nuova energia, gli alimentatori HVDC per data center AI e i PCS per lo stoccaggio di energia. Prendendo come esempio i veicoli a nuova energia da 800 V, il tasso di penetrazione nel mercato dei moduli di potenza SiC ha superato il 60%, mentre la domanda di alimentatori ad alta-densità di potenza nei data center AI sta guidando la rapida evoluzione della tecnologia SiC verso correnti più elevate e temperature di giunzione più elevate.
However, the high-reliability packaging of SiC power modules is becoming a key bottleneck in the industry chain. The thermal conductivity of traditional soldering processes is approximately 50 W/m·K, with a temperature limit of only 220℃, which can no longer meet the requirements of SiC modules for junction temperatures >175℃ and process temperatures >350℃. Silver sintering technology, with its thermal conductivity >200 W/m·K and temperature resistance >350 gradi, sta diventando la scelta di processo principale per le interconnessioni ad alta-affidabilità nei moduli di potenza SiC.
I. Principi fondamentali della sinterizzazione dell'argento
La sinterizzazione dell'argento è essenzialmente un processo di saldatura per diffusione allo stato solido-. A differenza del riflusso in fase liquida-della saldatura, la sinterizzazione dell'argento utilizza nano-particelle d'argento (o micro-particelle d'argento) in condizioni di bassa-temperatura (220-250 gradi) e alta pressione (20-40MPa) per formare un denso strato di legame metallico attraverso la diffusione atomica tra le particelle e i meccanismi di crescita del collo.
Questo processo può essere suddiviso in tre fasi:
Fase 1: riarrangiamento delle particelle. Sotto pressione, le particelle d'argento subiscono un contatto fisico e un riarrangiamento, eliminando la porosità iniziale.
Fase 2: crescita del collo. Gli atomi nei punti di contatto delle particelle adiacenti si diffondono lungo i bordi dei grani, formando "colli", aumentando rapidamente la forza di legame tra le particelle.
Fase 3: eliminazione dei pori. La diffusione continua provoca la crescita dei grani e la contrazione della porosità, risultando infine in uno strato denso di argento sinterizzato. Dopo la sinterizzazione, la conduttività termica dello strato d'argento è puramente metallica, eliminando la resistenza termica dello strato di composto intermetallico (IMC) nelle saldature tradizionali. La conduttività termica raggiunge 200-250 W/m·K, 4-5 volte superiore ai 50 W/m·K della saldatura SnAg.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15 MPa, superando di gran lunga il requisito di 1000-cicli dello standard automobilistico-AEC-Q101. Questa caratteristica rende la sinterizzazione dell'argento la tecnologia di interconnessione preferita per i moduli di potenza della trasmissione principale dei veicoli elettrici e per le applicazioni aerospaziali ad alta affidabilità.
II. Sfide di processo e tecnologie chiave
Nonostante i vantaggi significativi della sinterizzazione dell’argento, il controllo del processo deve affrontare molteplici sfide:
1. Controllo dell'uniformità della sinterizzazione
Uniform sintering of large-area chips (>20×20mm) è la sfida principale. Le proprietà reologiche della pasta d'argento, l'uniformità della trasmissione della pressione e la distribuzione del campo di temperatura influiscono tutti sul rapporto finale dei vuoti.. 1. Una differenza di densità superiore al 10% tra il bordo e il centro del chip porterà alla concentrazione di stress termomeccanico, accelerando il cedimento per fatica dello strato di interconnessione.
2. Corrispondenza dello strato di metallizzazione dell'interfaccia
La differenza nel coefficiente di espansione termica (CTE) tra lo strato di metallizzazione posteriore del chip (tipicamente Ag, Al o TiN) e lo strato di argento sinterizzato deve essere compensata con precisione attraverso le finestre di processo. Prendendo come esempio il sistema Ag/sinterizzazione argento/Ni-Au-DBC, i CTE sono rispettivamente 17, 19 e 7 ppm/grado. Lo stress termico all'interfaccia deve essere mitigato attraverso l'ottimizzazione della curva di pressione.
3. Controllo del tasso di vuoto
L'industria generalmente richiede un tasso di vuoto di<5% in the sintered layer (tested according to IPC-A-610), but in actual production, void rate control for large-area chips is a core challenge. Current mainstream solutions include:
Carico di pressione passo-per-passo: una curva di pressione a due-stadi che prevede un preriscaldamento a bassa-pressione seguito da una sinterizzazione ad alta-pressione.
Ottimizzazione della formulazione della pasta d'argento nano: riduce l'energia di attivazione della sinterizzazione e migliora la cinetica di densificazione.
Ispezione online a raggi X-: rilevamento del tasso di assenza di raggi X-al 100%, fornendo feedback in tempo reale-sullo stato del processo.
4. Sinergia del substrato ceramico
Altrettanto cruciale è l’adattamento dell’interfaccia tra i substrati ceramici DBC (Direct Copper Clad) e AMB (Active Metal Brazing) e lo strato di argento sinterizzato. I substrati in nitruro di silicio AMB, con la loro eccellente corrispondenza dell'espansione termica (CTE di circa 2,5 ppm/grado), stanno rapidamente sostituendo la tradizionale soluzione AlN-DBC nei moduli di potenza SiC, migliorando la durata del ciclo di alimentazione dei moduli.
III. L'ultimo anello dell'affidabilità PCBA end-to-end
Il processo di sinterizzazione dell'argento non solo risolve il problema dell'interconnessione dal chip al substrato, ma riguarda anche l'affidabilità end-to-end del packaging del modulo di potenza → assemblaggio PCBA.
Dopo che il modulo di potenza SiC ha completato la sinterizzazione e l'interconnessione, è necessario considerare la connessione elettrica al PCB, la progettazione della gestione termica e il fissaggio meccanico in termini di affidabilità a livello di sistema-:
Progettazione della dissipazione del calore: è necessario progettare un percorso termico efficiente sotto lo strato sinterizzato di argento, ottimizzando l'intera catena di resistenza termica dalla temperatura di giunzione del chip alla temperatura ambiente.
Layout del substrato: la struttura sovrapposta- del substrato ceramico DBC/AMB e del PCB deve essere sottoposta a simulazione termomeccanica.
Finestra del processo di saldatura: i profili della temperatura di saldatura a riflusso del modulo e del PCB devono corrispondere al limite di temperatura dello strato di argento sinterizzato.
Rivestimento in calcestruzzo: il processo di rivestimento del modulo di potenza deve considerare la compatibilità superficiale dello strato d'argento.
