Pada bulan Juli 2026, industri semikonduktor listrik kembali mengalami kenaikan harga. Infineon menyesuaikan harganya untuk kedua kalinya, dan diikuti oleh hampir 20 produsen, sehingga memperpanjang siklus pengiriman hingga 40-50 minggu. Di balik fenomena ini adalah pertumbuhan eksplosif-semikonduktor SiC/GaN generasi ketiga di bidang-bidang seperti kendaraan energi baru, pasokan listrik HVDC pusat data AI, dan PCS penyimpanan energi. Dengan menggunakan kendaraan energi baru 800V sebagai contoh, tingkat penetrasi pasar modul daya SiC telah melampaui 60%, sementara permintaan akan pasokan listrik dengan kepadatan daya tinggi di pusat data AI mendorong evolusi pesat teknologi SiC menuju arus listrik yang lebih tinggi dan suhu sambungan yang lebih tinggi.
However, the high-reliability packaging of SiC power modules is becoming a key bottleneck in the industry chain. The thermal conductivity of traditional soldering processes is approximately 50 W/m·K, with a temperature limit of only 220℃, which can no longer meet the requirements of SiC modules for junction temperatures >175℃ and process temperatures >350℃. Silver sintering technology, with its thermal conductivity >200 W/m·K and temperature resistance >350 derajat , menjadi pilihan proses utama untuk-interkoneksi dengan keandalan tinggi dalam modul daya SiC.
I. Prinsip Inti Sintering Perak
Sintering perak pada dasarnya adalah-proses ikatan difusi keadaan padat. Berbeda dengan penyolderan reflow-fase cair, sintering perak menggunakan partikel nano-perak (atau partikel mikro-perak) pada suhu-rendah (220-250 derajat ) dan kondisi tekanan tinggi (20-40MPa) untuk membentuk lapisan ikatan logam padat melalui difusi atom antar partikel dan mekanisme pertumbuhan leher.
Proses ini dapat dibagi menjadi tiga tahap:
Tahap 1: Penataan ulang partikel. Di bawah tekanan, partikel perak mengalami kontak fisik dan penataan ulang, menghilangkan porositas awal.
Tahap 2: Pertumbuhan leher. Atom-atom pada titik kontak partikel yang berdekatan berdifusi sepanjang batas butir, membentuk “leher”, yang dengan cepat meningkatkan kekuatan ikatan antar partikel.
Tahap 3: Penghapusan pori-pori. Difusi yang terus menerus menyebabkan pertumbuhan butir dan kontraksi porositas, yang pada akhirnya menghasilkan lapisan sinter perak yang padat. Setelah sintering, konduktivitas termal lapisan perak menjadi logam murni, menghilangkan ketahanan termal lapisan senyawa intermetalik (IMC) pada solder tradisional. Konduktivitas termal mencapai 200-250 W/m·K, 4-5 kali lebih tinggi dibandingkan 50 W/m·K solder SnAg.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa, jauh melebihi persyaratan 1000-siklus standar-AEC-Q101 tingkat otomotif. Karakteristik ini menjadikan sintering perak sebagai teknologi interkoneksi pilihan untuk modul daya penggerak utama kendaraan listrik dan aplikasi luar angkasa dengan keandalan tinggi.
II. Tantangan Proses dan Teknologi Utama
Meskipun sintering perak memiliki keuntungan yang signifikan, pengendalian prosesnya menghadapi banyak tantangan:
1. Kontrol Keseragaman Sintering
Uniform sintering of large-area chips (>20×20mm) adalah tantangan utama. Sifat reologi pasta perak, keseragaman transmisi tekanan, dan distribusi medan suhu semuanya mempengaruhi rasio rongga akhir. 1. Perbedaan kepadatan yang melebihi 10% antara tepi chip dan bagian tengah akan menyebabkan konsentrasi tegangan termomekanis, sehingga mempercepat kegagalan kelelahan pada lapisan interkoneksi.
2. Pencocokan Lapisan Metalisasi Antarmuka
Perbedaan koefisien ekspansi termal (CTE) antara lapisan metalisasi belakang chip (biasanya Ag, Al, atau TiN) dan lapisan perak yang disinter harus dikompensasi secara tepat melalui jendela proses. Mengambil contoh sistem Ag/silver sintering/Ni-Au-DBC, CTE masing-masing adalah 17, 19, dan 7 ppm/derajat. Tekanan termal pada antarmuka perlu dimitigasi melalui optimasi kurva tekanan.
3. Kontrol Tingkat Kekosongan
Industri umumnya memerlukan tingkat kekosongan<5% in the sintered layer (tested according to IPC-A-610), but in actual production, void rate control for large-area chips is a core challenge. Current mainstream solutions include:
Pemuatan tekanan-demi-langkah: Kurva tekanan dua-tahap yang melibatkan pemanasan awal-tekanan rendah diikuti dengan sintering-tekanan tinggi.
Optimalisasi formulasi pasta perak nano: Mengurangi energi aktivasi sintering dan meningkatkan kinetika densifikasi.
Pemeriksaan-Sinar X online: Deteksi laju kekosongan sinar X-100%, memberikan masukan-waktu nyata mengenai status proses.
4. Sinergi substrat keramik
Pencocokan antarmuka antara substrat keramik DBC (Direct Copper Clad) dan AMB (Active Metal Brazing) serta lapisan sinter perak juga sama pentingnya. Substrat silikon nitrida AMB, dengan pencocokan ekspansi termal yang sangat baik (CTE sekitar 2,5ppm/derajat ), dengan cepat menggantikan solusi AlN-DBC tradisional dalam modul daya SiC, sehingga meningkatkan masa pakai siklus daya modul.
AKU AKU AKU. Tautan terakhir dalam keandalan ujung-ke-PCBA
Proses sintering perak tidak hanya menyelesaikan masalah interkoneksi dari chip ke substrat, namun juga menyangkut keandalan ujung ke ujung pengemasan modul daya → perakitan PCBA.
Setelah modul daya SiC menyelesaikan sintering dan interkoneksi, sambungan listriknya ke PCB, desain manajemen termal, dan perbaikan mekanis semuanya perlu dipertimbangkan dalam hal-keandalan tingkat sistem:
Desain Pembuangan Panas: Jalur termal yang efisien perlu dirancang di bawah lapisan sinter perak, mengoptimalkan rantai ketahanan termal lengkap dari suhu sambungan chip hingga suhu sekitar.
Tata Letak Substrat: Struktur{0}}tumpukan substrat keramik DBC/AMB dan PCB perlu dilakukan simulasi termomekanis.
Jendela Proses Penyolderan: Profil suhu penyolderan reflow modul dan PCB harus sesuai dengan batas suhu lapisan sinter perak.
Pelapisan Beton: Proses pelapisan modul daya perlu mempertimbangkan kompatibilitas permukaan lapisan perak.
