用於晶片接合的混合燒結膏材（elektronik industrie 12/2024）
“電子工業 12/2024”
採用碳化矽 (SiC) 或氮化鎵 (GaN) 的功率電子元件對半導體與基板之間的鍵結提出了極高的要求。具有高導熱性和優異機械性能的混合燒結膏材能夠滿足電動車和行動通訊等高要求應用的需求。
利用碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等材料，晶圓變得越來越薄，從而實現了更高的功率密度。為電動車、蜂窩基地台以及許多其他涉及高功率開關的應用領域生產半導體的製造商正在不斷突破技術極限。
這裡的瓶頸在於用於確保半導體晶片與基板之間良好接觸的膏材。基板可以是迴路基板或陶瓷，但在電力電子領域，通常是金屬板。膏材確保兩個元件之間形成牢固且永久的機械連接，同時也能將晶片產生的熱量散發到外部。
鍵合可以使用不同的膏材。膏材在基板上塗佈或印刷，然後將半導體晶片置於其上。這個夾層結構會被加熱，在加熱過程中會發生不同的化學和物理過程，這取決於每個膏材。然後透過接線方式建立電子接點，並將晶片封裝在外罩中。
晶片鍵合方法
晶片黏接有兩種傳統方法：黏接和燒結。
黏附
對於基於環氧樹脂或其他合成樹脂的膏材，黏合是透過黏合劑樹脂來實現的。然而，它們的導熱係數很低，只有幾W/m·K。透過在膏材中添加銀等金屬顆粒，導熱係數可以提高到50W/m·K。但是，要獲得更高的導熱係數非常困難。熱量透過銀顆粒的接觸面傳遞，但這些接觸面之間並沒有牢固的金屬黏合。如今，黏合是一種非常常見的黏接方法，適用於發熱量較小的邏輯晶片。
燒結
膏材含有金屬粉末和有機成分（例如溶劑），這些成分在燒結中會被去除。膏材加熱至 200°C 至 250°C，使銀顆粒相互燒結，並與基板和晶片形成金屬鍵結。燒結：膏材含有金屬粉末和有機成分（例如溶劑），這些成分在燒結過程中會被去除。膏材加熱至 200°C 至 250°C，使銀顆粒相互結合，並與基板和晶片形成金屬鍵結。燒結中，溶劑蒸發，在銀中留下孔隙。其導熱係數非常高，超過 200 W/m·K。此方法適用於電力電子應用，例如，可用於電動車和行動通訊基地台高壓逆變器中使用的 SiC 和 GaN 等半導體材料。
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