什么是燒結銀

經過結和晶粒后，熱量散逸時遇到的下一個熱屏障是晶粒與封裝的連接點。行業主要做法是在接觸點焊接。在大多數情況下，焊接是一種好方法。它使用方便，便宜且更可靠。連接處的導熱系數需要進行考慮材料的量，而不僅僅是厚度，而且對于不材料會有不同厚度。材料量將主導連接的導熱性，因為熱量會向各個方向逸出，但散熱速度會根據遇到的熱阻而變化鉛合金焊接方法一種替代方案是使用能燒結的焊膏。焊膏材料的導熱系數往往高得多，并且可以經常用于更薄的層。銀就是一個很好的例子，銀燒結層的熱導率可以達到1.4-2 Wcm\°C左右。與導熱性能系數分析僅為0.25 W/cm/°C的鉛焊相比，銀燒結可以更好。

器件制造商為什么采用燒結銀技術

在功率器件中，由于焊接熱流很大，因此有必要重視晶粒與框架的連接及其熱性能，能夠在不降低性能的情況下管理高溫。銀燒結的熱阻遠低于焊料，因此用銀燒結代替焊料可以提高rθJC，由于銀的高熔點，整個設計的熱裕度也得到了提高。在功率器件中工程師通常不會考功率半導體內置更高的熱裕度，主要是因為他們直到最近才能選擇基于銀燒結的器件設計。現在這些已經出現在市場上，工程師們就可以針對如何解決熱管理問題制定更明智的決策了。朝著更小晶粒面積的方向發展可以針對性能和成本以及散熱方面帶來優勢不利。選擇碳化硅(sic)作為半導體基片的器件意味著這些優勢仍會存在，而劣勢則會削

弱這就是半導體行業及其支持的所有垂直市場對SiC功率半導體如此感興趣的主要原因之一。

 

SiC基片比硅基片具有更小更薄。將SiC基片與燒結銀（作為基片與框架的連接處）結合使用時，得到的RθJC值與其他功率半導體相當，但它具有sic基板的優勢。這些優點包括更高的切換速度和更高的效率，從而帶來更高的熱密度，進而得到更小的最終產品。并非所有集成器件制造商都需要通過使用銀燒結，由于銀燒結的明顯優點，似乎有理由期望所有集成設備制造商將使用它。制造商不使用,至少現在不使用銀燒結的主要原因是IGBT等基于硅的功率器件需要具有不小的晶粒面積，因此晶

粒和引腳框架之間自然有非常好的導熱系數。在這種情況下使用銀燒結能帶來的回報較小。事實上，正如之前提到的，殼與周圍之間的熱阻RθJA很大程度上是由電路板和系統設計決定的，因

此不受集成器件制造商控制，它通常比結殼之間的熱阻RθJC大得多。這點不僅對功率器件成立，對所有半導體皆成立。在功率半導體的晶粒分布面積已經相當小（這是SiC器件的常規工作特性）的情況下，較小的晶粒結構體積能有效推廣銀燒結技術代替鉛基焊料。銀燒結所帶來的高導熱性可以保證器件仍在安全工作范圍內同時，結點溫度保持在最高工作溫度以下，即使從晶粒開始的冷卻路徑要小得多

為什么工程師喜歡燒結銀？

大部分工作情況下，硅基功率半導體的制造商都不太可能使用銀燒結代替焊料，不過雖然銀燒結能給SiC器件帶來優勢很大程度上是因為SiC器件的較高性能和較小晶粒體積，但是通常，它確實能帶來顯著的工程優勢。系統工程師可以采用以下方式利用這些優勢。

      首先，采用不同熔點更高的連接點可為設計帶來一個更高的熱裕度。隨著結的熱量增加，且硅器件/基于焊料器件中熱路的限制作用變得更加明顯，焊料的溫度可能接近焊料的熔點。這不會導致突然故障，但是重復的功率周期可能會使連接處的性能下降，這意味著該處最終會壓力過大，并成為一個弱點。或許情況比預期更樂觀，燒結銀的使用實際上可以帶來更大的系統增益。在計算總熱量阻時，結與周圍之間的熱阻RθJA是典型的主要因素影響值。然而，不斷創新發展的更精細和高效的冷卻解決方案，如高性能應用的液冷，使 r θjc成為一個主要因素。這些高性能的熱管理系統較為昂貴，但是在某些應用中十分必要。如果功率半導體發展成為實際上的限制性因素，就很可能導致無法實現上述系統的低成本和復雜性，當然，如果在系統層面更高效地處理熱量，則可以實現。