新技术，200℃！车规SiC可不用银烧结

最近，日本量产了一种新材料技术，能够帮助车规级碳化硅解决可靠性、高温封装和成本等方面挑战，今年12月将出样品。

它具有多个优势：

1、耐热性高达200℃，性能堪比银烧结。

2、采用低温工艺，键合时间比银烧结少一半

3、生产更环保、电费更低

银烧结大行其道

但面临3个挑战

SiC 模块“上车”面临多个技术挑战，其中包括可靠性和散热性。为此，银烧结工艺非常流行，有些企业还开发了铜烧结工艺。

2006年，英飞凌Easypack1就采用双面银烧结技术；2007年，赛米控的SkinTer技术也在芯片和基板之间采用银粉烧结工艺进行连接。2018年，特斯拉Modle 3的碳化硅模块正式让银烧结和相关设备“名声大噪”。

根据比亚迪的说法，SiC MOSFET采用双面银烧结，连接层导热率最大可提升10倍，可靠性可提升5倍以上，SiC模块工作结温可提升至175℃。

诚然，银烧结是非常好的技术，未来成本和技术也会越来越优化。但眼下，这项技术也存在几个待完善的地方：

1、成本，银烧结技术所用的银浆成本远高于焊膏，银浆成本随着银颗粒尺寸的减小而增加，同时基板铜层的贵金属镀层也增加了成本；

2、银烧结技术需要一定的辅助压力，高辅助压力易造成芯片的损伤；

3、银烧结预热、烧结整个过程长达60分钟以上，生产效率较低。

我们都知道，成本也是阻碍碳化硅上车的其中一个因素，目前SiC MOSFET功率模块的成本大约是硅基IGBT方案的2.5倍左右。

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松下新材料：

高达200°C，更快更便宜

那么，有没有其他成本更低的键合材料？

6月21日，日本松下宣布，他们开发了一种纳米焊料键合材料，可以获得200°C耐热性，实现与银纳米膏相同的键合特性。

键合前后的温度测量结果

据日本NEDO介绍，这些技术是松下与日本东北大学、秋田大学、芝浦工业大学等多所大学联合研发。

除了200°C耐热性，这项技术还有3个优势：

1、可以通过低温工艺来键合电子器件，键合时间更短；

2、采用了超声波空化技术，与银烧结工艺相比，能够以更少的电能来获得精细的金属颗粒；

3、更环保，可以减少键合材料制造过程中的二氧化碳排放。

实现这些技术突破的关键在于——利用固液反应。

具体来说，松下开发的纳米焊料键合材料是一种复合材料，由低熔点金属纳米粒子（直径10微米以下），和高熔点金属纳米粒子（直径数百纳米以下）构成。

纳米焊料键合材料反应机理示意图

据介绍，通过引入低温熔融的液相成分，固相的扩散速度会变快，因此就可以在短时间内完成键合反应。

当纳米焊料加热到200℃时，低熔点纳米粒子熔化成液相，此时，高熔点纳米粒子也会扩散成液相。

扩散现象会随时间进行，10分钟后，直到以难熔金属相为基质（构成骨架的成分），形成难熔颗粒分散的结构，整个固液反应就完成了。

连接后的电镜截面照片

据介绍，这是扩散时间大概只有银纳米膏等传统烧结材料的一半左右。

此外，为了制造这种键合材料所需的金属粒子，松下使用了超声波空化设备，通过自上而下的方法从块状金属（纯金属锭）产生金属粒子。通过使用该装置，实现了金属颗粒的低能耗高效地生产。

松下表示，他们下一步要提高器件封装工艺的便利性，并计划从今年 12 月左右开始出货样品，未来他们还将会把这项技术的应用范围扩大到功率器件以外的需要耐热性的产品领域。

SiC最新技术

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