大色网 电子封装散热材料先驱，国产替代助力升起 | 上海碳材料展|纳米|基板|焊料|上海市
发布日期：2024-10-05 21:16 点击次数：84
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电子封装材料是功率器件模块必不成少的中枢材料，成功决定电力电子开发的后果和使用寿命。传统的IGBT功率模块中，由于存在蠕变疲钝问题，Pb95Sn5和Pb92.5Sn5Ag2.5等芯片贴装材料难以中意高温应用中封装功率器件的可靠性条款。此外，Sn96.5Ag3Cu0.5等衬底贴装材料的溶解温度低于用于芯片贴装的焊料，这进一步终止了功率模块在高温应用中的可靠性。
传统的芯片粘接和基板粘接材料相通由焊料合金组成，其粘结层厚度范围为50至100μm（用于芯片联结）和100至150μm（用于基板联结）。与传统的焊料合金比拟，银烧结具有更高的导热性（200 至 300W/mK），有可能将从结到外壳的热阻镌汰 40% 以上，同期显著提高熔点并镌汰电阻率。
跟着 SiC MOSFET的上车，IDTechEx 预测，异日Ag 烧结将在中国等地区占据近 50% 或逾越 50% 的商场份额，为导热材料供应商提供巨大的商场契机。
01 电子封装材料
按照级别区分，广义电子封装不错分为0-3级封装，零级封装主要指晶圆级封装，一级封装指的是芯片级封装，二级封装主要指器件及板级封装，三级封装主要指系统级装联/拼装。0-1级封装组成狭义上的电子封装，2-3级封装相通被称为电子装联/拼装，两者共同组成广义上的电子封装。
图1.电子封装分类（开端：国联证券磋磨所）
如下图所示为0-3级封装材料的把稳分类如下所示。
图2.封装材料分类（开端：国联证券磋磨所）
02 传统芯片级散热材料
以EV中的碳化硅功率模块散热结构为例，不错发现当今该结构的TIM1传统材料主要所以锡为主要组分的夹杂传统焊料为主。
图3 SiC模块热料理材料先容（ 开端：IDTechEX ）
传统焊料当今难以中意高温应用中封装功率器件的可靠性条款。更遑急的是Sn96.5Ag3Cu0.5等传统焊料的溶解温度低于用于芯片贴装的焊料，这进一步终止了SiC功率模块在高温应用中的可靠性。从下图对比不错发现传统材料具有烧结温度高、使用温度低和热导率低的显贵症结。除此以外其铅元素的存在对环境也有巨大的影响。
图4 焊合材料性能对比（开端：功率模块纳米银烧结工夫磋磨进展）
以上的这些问题鞭策商场转向银烧结材料，银烧结材料关于当下SiC功率器件已有锻真金不怕火的应用，在当今的一些高端车型上齐领受了SiC功率模块。银具有烧结温度低可结束低温互连的脾气，此外热导率高、使用温度高极度契合当下功率器件的发展趋势。由此“低温纳米银烧结”工夫被逐渐引入应用。
03 何谓低温纳米烧结银工夫
低温纳米银烧结工夫是一种期骗纳米银膏在较低的温度下，加压或不加压结束的耐高温封装联结工夫，烧结温度远低于块状银的熔点。纳米银膏中有神秘素在烧结经由平剖析蒸发大色网，最终形成银联结层。纳米银烧结接头不错中意第三代半导体功率模块封装互连低温联结、高温入伍的条款，在功率器件制造经由中已有大批应用。
图7.功率器件封装结构清楚图（开端：洞见热料理绘画）
Schwarzbauer初度提倡了一种基于扩散焊合旨趣的低温焊合工夫，通过增多压力来辅助纳米银烧结， 简略镌汰纳米银的烧结温度。该烧结工夫不会对基板形成任何塑性变形，且能很好地联结基板和器件，增多可靠性。但这种神态必须用银或金对器件和衬底名义进行金属化。为进 一步提高电力电子模块的性能和可靠性，在基板和器件之间 涂覆一层薄的银层，在低温、约40N/mm2压力下烧结数分钟， 该工夫科罚了在器件或衬底名义的金属化问题。无压烧结不错减少对器件的物理挫伤。
纳米银烧结工艺，通过银原子的扩散达到联结指标。在烧结经由中，银颗粒通过往还形成烧结颈，银原子通过扩散迁徙到烧结颈区域，从而烧结颈不断长大，相邻银颗粒之间的距离逐渐收缩，形成连气儿孔隙集中。跟着烧结经由的进行，孔洞逐渐变小，烧结密度和强度显贵增多。在烧结终末阶段，多数孔洞被扫数分割，小孔洞逐渐肃清，大孔洞逐渐变小，直到达到最终的精细度。
银烧结互连清楚图（ 开端：银烧结工夫在功率模块封装中的应
纳米银烧结的工艺优点主要有：
（1）低温烧结：纳米表率的金属，会认知出激烈的体积效应、量子尺寸效应、名义效 应和量子纯正效应，在烧结经由中，相互往还的纳米银颗粒之间原子相互扩散，形成互连的接头，当大批纳米银颗粒相互堆积，就不错结束在低于其块体金属熔点的温度下形成块体金属烧结体，从而结束芯片与焊膏、基板之间的焊合。
（2）高导热性和导电性：在银烧结工艺下，当联结层孔隙率为10%的情况下，其导电及导热才调可达到纯银的90%，远高于普 通软钎焊料。由于银材料的性能特质，比拟软钎焊方法，在功率模块中，领受银烧结工艺的 内互联，其功率轮回寿命比软钎焊焊料内互联高2~3倍，烧结层的厚度比软钎焊层薄70%， 热传导率升迁约莫3倍，热阻约为软钎焊结构热阻的1/156。
（3）高可靠性：由于银的熔点高达 961℃，将不会产生熔点小于 300℃的软钎焊联结层中出现的典型疲钝效应。
（4）材料相对环保：传统软钎焊可能领受含铅钎料，银烧结工夫所用材料不含铅。
04 纳米银膏企业保举
（1）深圳市聚峰锡成品有限公司
深圳市聚峰锡成品有限公司成就于2006年9月，手脚国度高新工夫企业、深圳市专精特新企业，聚峰聚焦电子封装材料边界，专注新式封装互连材料、焊合辅料、锡成品等的研发与坐蓐。并在香港建造干事处，在印度建造2个坐蓐基地;是一家集研发、坐蓐、销售为一体的玄虚性高新工夫材料制造商、半导体封装材料有策画提供商。
经过17年的行业千里淀，深圳市聚峰锡成品有限公司掌持了多款居品的主要工夫，积蓄了多项居品发明专利。针对第三代半导体要津芯片封装材料及科罚有策画结束中枢工夫与基础材料自主研发，并结束产业化应用，专注为弘大客户提供以自主自研工夫为基础的锻真金不怕火半导体封装材料科罚有策画。
（2）深圳芯源新材料有限公司
深圳芯源新材料有限公司是一家以高导热封装互连材料为中枢的科技企业。公司专注于以纳米金属居品为代表的半导体用散热封装材料的研发、坐蓐、销售和工夫服务，为功率半导体封装、先进集成电路封装提供高散热、高可靠的科罚有策画。
公司材料研发部门由十余名博士和硕士以及多位实验员组成，告捷研制车规级烧结银居品、通信级烧结银居品、光电封装导热银胶、集成电路用热界面材料”等系列居品。与哈工大 (深圳)共建校企调处实验室，调处培养博士、硕士生，布局更多新址品标的。
（3）广州汉源新材料股份有限公司
广州汉源新材料股份有限公司，独创于1999年，位于广州高新工夫产业开发区科学城，一万多闲居米的研发坐蓐基地，以原广州有色金属磋磨院的人人和工夫东说念主员为中枢班底组建，专注于预成形料、烧结型互联材料、无铅焊料的研发和改进，起劲于为大众客户提供高性能的居品和居品应用合座科罚有策画。
（4）广州先艺电子科技有限公司
广州先艺电子科技有限公司创立于2008年12月，是集高可靠微电子封装互连材料及器件的研发、坐蓐、销售于一体的国度高新工夫企业、国度专精特新“小巨东说念主”。经过十几年的发展与千里淀，先艺积蓄了多项中枢工夫，自主研发的微电子封装互连材料、微电子封装互连器件和第三代功率半导体封装材料三大居品系列，科罚了国内要津政策材料的“卡脖子”问题，破损了海外工夫阻滞，告捷结束入口替代。
（5）深圳市先进联结科技有限公司
深圳市先进联结科技有限公司（以下简称先进联结），坐落于被评为深圳市宝安区科技改进桃花源的全至科技改进园，是一家集纳米银烧结材料及芯片封装用烧结开发研发、坐蓐、销售、征询及工夫服务于一体的玄虚性高技术公司。先连科技独创于2015年，以原哈尔滨工业大学先进封装标的人人和硕博东说念主员为中枢班底组建，中枢团队连年一直精耕于高端电子焊合材料、专用开发及工艺的研发、现实，在国内当先结束上述工夫产业化，并荣获“第十届天下改进创业大赛三等奖”、“深圳市改进创业大赛二等奖”，先后通过了ISO质地体系认证、磋磨生调处培养基地、国度高新工夫企业认证。
（6）北京清连科技有限公司
北京清连科技有限公司总部位于北京经济工夫开发区，设有天津开发⽣产拼装⻋间与苏州干事处，总占地3000余平⽶，致⼒于⾼性能功率器件⾼可靠封装科罚⽅案，主要业务为封装材料和封测开发的研发、⽣产、销售及封装⼯艺开发、器件可靠性评价四⼤板块。公司领有千级、百级⽣产⻋间，其中银/铜膏产能＞10t/年，烧结银膜>100000pcs/年。依托近20年银/铜烧结材料与开发研发基础，清连科技⾃主开发了对标泰西居品的银烧结材料与开发，并科罚了现时银烧结存在的痛点；此外是国表里少许数掌持铜烧结全套科罚⽅案（封装材料+封装装备+⼯艺）的半导体公司之⼀，并领有丰富的器件可靠性评价赞助。
第八届国际碳材料大会暨产业博览会（Carbontech 2024）将于12月5-7日在上海新国际博览中心W1、W2、W3馆宽广举行，本届展会瞻望展露面积40，000m2，收罗超800家大众碳材料产业链高卑劣厂家。同期举办主题论坛9场，闭门磋议会1场，劝诱来自金刚石、超精密加工、石墨烯、碳纳米材料、碳纤维偏激复合材料、碳碳复合材料、新动力碳材料等边界超50，000国表里采购商降临现场，为大众买家打造一个专科、改进、疏通的全产业链相助盛宴。
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