適用于裸銅界面的無壓燒結銀DA252

　　隨著電動汽車、5G通信、可再生能源和工業自動化市場的迅猛發展，第三代半導體(如SiC, GaN)正成為廣泛應用的核心元件。這些材料的使用使器件能夠在更高的功率密度、頻率和溫度下運行，但同時對封裝技術提出了更高的要求：如何快速高效地導出芯片產生的大量熱量，已成為影響產品性能、壽命與安全性的關鍵因素。傳統的焊接材料(如焊錫膏和軟焊料)已逐漸達到應用極限，其導熱性有限，并且在高溫環境下易形成脆性金屬間化合物，從而影響整體可靠性。在此背景下，市場迫切需要一種兼具卓越性能與高效工藝的解決方案。mAgic? DA252點膠無壓燒結銀的推出，正是針對這一行業挑戰的精準解決方案。

　　一、技術核心：mAgic?DA252如何實現芯片在“無壓”下在裸銅界面強大結合?

　　mAgic? DA252不僅僅是材料的改進，而是對工藝原理的創新突破。其技術核心在于無需額外施加物理壓力，即可實現銀與銅(Ag-Cu)之間的高強度燒結。這種創新能夠提供高達150W/mK的導熱能力，為行業提供了顯著的性能提升。

　　DA252卓越性能的關鍵在于以下三個核心研發突破：

　　1.更強勁的燒結，源自銀顆粒的甄選

　　亞微米級(0.1~1.0um)的銀顆粒相比微米級的(<25um)可以顯著提高燒結驅動力。銀顆粒表面特殊的有機涂層能夠在<250℃的氮氣氛圍中充分地分解，使得銀顆粒在相對較低的溫度下被活化，開始表面擴散與重組，極大地增強燒結后銀層與芯片以及基板之間的剪切強度。

　　備注：藍色部分為微米級無壓燒結銀，綠色部分為亞微米級無壓燒結銀。

　　圖1 剪切強度

　　2.更可靠的連接，得益于配方體系的創新設計

　　DA252采用溶劑體系的全燒結型燒結銀，其溶劑和粘合劑的選擇與配比在整體配方中發揮至關重要的作用。在燒結過程中，溶劑的充分揮發以及有機涂層分解后氣體的有效排出，是確保大尺寸芯片燒結后具備極低空洞率的關鍵因素。

　　圖2 大尺寸燒結后無氣泡

　　3.更穩定的工藝，成就于精準的開發定義

　　在銀膏開發過程中，科學地確定了金屬與有機載體的比例。此外，在開發階段精細定義了關鍵工藝參數，有效減少了批次間的差異，從而實現批量生產的高良率與一致性。

　　二、應用測試

　　1.連續畫膠測試

　　參數設置

　　●畫膠速度 = 10mm/s

　　●畫膠圖案 = 1x1mm

　　●畫膠壓力 = 130KPa

　　●點膠頭內徑 = 0.20mm

　　規格：

　　◆畫膠面積公差±20%

　　◆連續作業沒有點膠頭堵孔

　　圖3 連續畫膠12小時的表現

　　結論：經過連續12小時的點膠操作，圖案面積始終保持在規格范圍內。此外，整個過程中未出現點膠頭堵塞的問題，確保了持續作業的穩定性和效率。

　　1.小尺寸(<2mmx2mm)芯片貼裝與燒結測試

　　測試條件

　　●芯片尺寸(mm)1.63x1.3

　　●
芯片背金材質為銀

　　圖4 芯片尺寸小于2mmx2mm的應用測試

　　結論(如圖4所示)：

　　1)小于2mmx2mm的芯片使用了畫X的圖案;

　　2)open-time(畫完膠到貼裝芯片的等待時間)可以達到2個小時，即在Time 0 和time 2小時貼裝均可以到達100%銀膏覆蓋。

　　3)烘烤之后芯片底部無空洞

　　4)室溫下推力強度平均值62.2MPa，高溫260℃推力平均值62.2MPa。

　　2.大尺寸芯片貼裝與燒結測試

　　測試條件

　　芯片尺寸(mm)：5x5

　　引線框架：TO247 裸銅框架

　　圖5 大尺寸芯片5mmx5mm應用測試

　　結論(如圖5所示)：

　　1)需根據芯片的尺寸形狀定義畫膠圖案，以確保100%銀膏覆蓋率。

　　2)芯片側面的爬膠高度可控，芯片底部100%銀膏覆蓋。

　　3)X-ray顯示無空洞。

　　4)室溫下推力強度50.7MPa，高溫260℃推力平均值45.7MPa

　　3. 空隙率與BLT測量

　　備注：分別對應芯片切片的左中右

　　圖6 燒結后銀層厚度與孔隙率測量

　　結論(如圖6所示)：

　　1)烘烤完膠厚為30um左右，厚度均勻。

　　2)孔隙率<30%，較低的孔隙率是決定高導熱率的關鍵因素。

　　三、可靠性測試

　　1.溫度循環測試(-55~150℃，2000次循環)

　　高鉛焊料PbSn5Ag2.5對無壓燒結銀DA252

　　圖7 高鉛焊料在不同溫度循環下RDSon的變化

　　圖8 DA252在不同溫度循環下RDSon的變化

　　結論：如圖7所示，高鉛焊料在500至1000次循環之間平均導通電阻出現顯著的變化;在1500次循環測量中觀察到平均導通電阻出現顯著的變化；在1500次循環測量中觀察到平均相對增加超過20%。可明顯觀察到器件電氣性能的系統性退化。

如圖8所示，DA252在經過2000次循環后，平均導通電阻的變化保持在10%以內。與傳統焊料相比，DA252在初始（T-0小時）的導通電阻較低，并且在2000次循環后依然表現出顯著的優勢。