技術專題:電力電子的革新——支撐新一代半導體可靠性和熱性能的銀膠

​銀粘合劑作為下一代模具粘合材料

銀黏合劑作為一種新型高溫高功率應用接合材料，正引起人們的注意。它們具有高導熱性、優異的電氣特性和機械彈性，實現了傳統材料難以兼顧的綜合性能。

這種材料形成低阻抗的熱通路，與傳統接合材料相比，散熱效率更高，同時還能吸收晶片與基板熱膨脹係數差異所造成的機械應力。此外，與焊料相比，它還具有可在較低溫度（通常低於200°C）下加工的顯著優勢，從而降低安裝過程中的熱應力，使其適用於對溫度敏感的半導體結構。

透過混合燒結材料提高性能

為了進一步提高可靠性，目前正在開發一種混合型燒結銀膠，在燒結銀網絡中加入了一種特殊樹脂。傳統的燒結銀具有非常高的熱傳導性，但剛性較高，容易因重複的溫度循環而分層。另一方面，以樹脂為基礎的黏著材料具有極佳的彈性，但大功率應用所需的散熱效能有限。

混合燒結技術結合了金屬銀優異的導熱性能和樹脂的彈性和應力吸收特性，從而提高了接合強度，抑制了晶片分層，並增強了在高溫環境下的抗分層性能。因此，在溫度波動和高負載環境下，疲勞失效顯著降低，使其成為SiC和GaN裝置的理想接合材料。

擴大適用於高溫、高功率用途

隨著碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）裝置的廣泛應用，對接合材料提出了更高的要求，即需要能夠承受更嚴苛的熱載荷和機械載荷。銀黏合劑作為一種滿足這些要求的材料，在各個工業領域中得到了越來越廣泛的應用。

在電動汽車領域，逆變器和車載充電器暴露於高溫環境下的連續操作，振動和溫度迴圈。銀膠有助於加強傳熱路徑和提高接合可靠性，有助於提高係統穩定性和降低故障風險。

在工業自動化領域，馬達驅動器和機器人設備需要在高溫高負載下長時間運作。銀膠黏合劑具有高接合強度和穩定的熱性能，可實現緊湊高效的設計。此外，即使在長期功率循環下也能保持結構穩定性，有助於實現預測性維護。

在可再生能源領域，存在諸如太陽能逆變器的高溫峰和風力發電的低溫/高振動環境的特定問題。銀膠提供穩定的電/熱介面，抑制由於溫度波動引起的性能下降。另外，由於其高導熱性和彈性，有助於提高室外環境下的可靠性。

在航空航天和國防領域，需要在極端溫度變化和強振動等惡劣條件下運行。銀粘合劑結合了耐高溫和機械韌性，即使在嚴重的熱和機械應力下也能保持連接界面的完整性，並在關鍵任務應用中實現高可靠性。

支持下一代功率器件的基礎技術

隨著全球對高性能半導體的需求不斷增長，接合與封裝和保護這些半導體的材料也需要類似的進展。銀黏合劑，包括混合燒結型銀黏合劑，是一種很有前景的解決方案，能夠同時應對熱、機械和環境方面的挑戰。

銀黏合劑具有優異的導熱性、應力吸收性、耐高溫性，並且由於無鉛而具有環保性，是實現更可靠、更有效率的電力系統的重要基礎。

隨著材料技術創新的加速和寬頻隙半導體成為主流，這種連接技術不僅支持未來的電動化和高性能功率器件設計，而且還被定位為實現這一目標的核心技術。

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