用于芯片接合的混合烧结浆料（elektronik industrie 12/2024）
「elektronik industrie 12/2024」
采用碳化硅 (SiC) 或氮化镓 (GaN) 的功率电子器件对半导体与基板之间的键合提出了极高的要求。具有高导热性和优异机械性能的混合烧结浆料能够满足电动汽车和移动通信等高要求应用的需求。
碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等材料会使晶圆变得更薄，功率密度更高。制造用于电子移动、移动通信基站和其他许多应用 (涉及大功率开关) 的半导体的制造商正在扩大可能性的限制。
这里的瓶颈在于用于确保半导体芯片与基板之间良好接触的浆料。基板可以是回路基板或陶瓷，但在电力电子领域，通常是金属板。浆料确保两个元件之间形成牢固且永久的机械连接，同时还能将芯片产生的热量散发到外部。
键合有多种方式，使用不同的浆料。浆料在基板上涂敷或印刷半导体芯片，然后将半导体芯片置于其上。这种夹层结构会被加热，在此期间会根据每个浆料，发生不同的化学和物理过程。然后，通过导线键合创建电子触点，并将芯片封装在外壳中。
芯片接合的方法
芯片粘接有两种传统方法：粘接和烧结。
粘合
对于基于环氧树脂或其他合成树脂的浆料，粘合是通过粘合剂树脂实现的。然而，它们的导热系数很低，只有几W/m·K。通过在浆料中添加银等金属颗粒，导热系数可以提高到50W/m·K。但是，要获得更高的导热系数非常困难。热量通过银颗粒的接触面传递，但这些接触面之间并没有牢固的金属粘合。如今，粘合是一种非常常见的粘接方法，适用于发热量较小的逻辑芯片。
烧结
浆料含有金属粉末和有机成分（例如溶剂），这些成分在烧结中会被去除。浆料加热至 200°C 至 250°C，使银颗粒相互烧结，并与基板和芯片形成金属键合。烧结：浆料含有金属粉末和有机成分（例如溶剂），这些成分在烧结过程中会被去除。浆料加热至 200°C 至 250°C，使银颗粒相互结合，并与基板和芯片形成金属键合。烧结中，溶剂蒸发，在银中留下孔隙。其导热系数非常高，超过 200 W/m·K。该方法适用于电力电子应用，例如，可用于电动汽车和移动通信基站高压逆变器中使用的 SiC 和 GaN 等半导体材料。
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