ביולי 2026 חוותה תעשיית מוליכים למחצה כוח סבב נוסף של עליות מחירים. Infineon התאימה את המחירים שלה בפעם השנייה, כשכמעט 20 יצרנים הלכו בעקבותיה, והאריכו את מחזורי האספקה ל-40-50 שבועות. מאחורי תופעה זו עומדת הצמיחה הנפיצה של-מוליכים למחצה SiC/GaN מהדור השלישי בתחומים כגון רכבי אנרגיה חדשים, ספקי כוח HVDC של מרכז נתונים בינה מלאכותית ו-PCS לאחסון אנרגיה. אם לוקחים כדוגמה רכבי אנרגיה חדשים של 800V, שיעור החדירה לשוק של מודולי כוח SiC עלה על 60%, בעוד שהביקוש לספקי כוח{10}}בצפיפות הספק גבוהה במרכזי נתונים בינה מלאכותית מניע את ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית SiC לקראת זרם גבוה יותר וטמפרטורות גבוהות יותר של צומת.
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 מעלות, הופך לבחירת התהליך המיינסטרים עבור קישורי אמינות גבוהה-במודולי כוח SiC.
I. עקרונות הליבה של סינת כסף
סינטר כסף הוא בעצם תהליך-מצב מוצק של דיפוזיה. בניגוד לזרימה מחדש של שלב -הנוזל של הלחמה, סינטר כסף משתמש בחלקיקי כסף ננו- (או חלקיקי כסף מיקרו-) בטמפרטורה- נמוכה (220-250 מעלות) ובתנאי לחץ גבוה (20-40MPa) כדי ליצור שכבת קשר מתכתי צפוף בין מנגנון גדילה מתכתי לחיבור חלקיקי צפוף.
ניתן לחלק תהליך זה לשלושה שלבים:
שלב 1: סידור חלקיקים מחדש. תחת לחץ, חלקיקי כסף עוברים מגע פיזי וסידור מחדש, ומבטלים את הנקבוביות הראשונית.
שלב 2: צמיחת צוואר. אטומים בנקודות המגע של חלקיקים סמוכים מתפזרים לאורך גבולות התבואה, יוצרים "צווארים", ומגדילים במהירות את חוזק הקשר בין חלקיקים.
שלב 3: סילוק נקבוביות. דיפוזיה מתמשכת גורמת לצמיחת גרגרים ולהתכווצות נקבוביות, וכתוצאה מכך בסופו של דבר לשכבה צפופה כסופה. לאחר סינטר, המוליכות התרמית של שכבת הכסף היא מתכתית בלבד, מה שמבטל את ההתנגדות התרמית של שכבת התרכובת הבין-מתכתית (IMC) בהלחמות מסורתיות. המוליכות התרמית מגיעה ל-200-250 W/m·K, גבוה פי 4-5 מ-50 W/m·K של הלחמת SnAg.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa, חורג בהרבה מדרישת המחזור של 1000-של תקן-AEC-Q101 לרכב. מאפיין זה הופך את סינת הכסף לטכנולוגיית החיבור המועדפת עבור מודולי כוח כונן ראשי של רכב חשמלי ויישומי תעופה וחלל אמינים גבוהים.
II. אתגרי תהליכים וטכנולוגיות מפתח
למרות היתרונות המשמעותיים של סינטר כסף, בקרת התהליך שלו עומדת בפני אתגרים מרובים:
1. בקרת אחידות סינטר
Uniform sintering of large-area chips (>20×20 מ"מ) הוא האתגר העיקרי. התכונות הריאולוגיות של משחת הכסף, האחידות של העברת הלחץ והתפלגות שדה הטמפרטורה משפיעים כולם על יחס החללים הסופי. 1. הפרש צפיפות העולה על 10% בין קצה השבב למרכז יוביל לריכוז מתח תרמו-מכני, ומאיץ את כשל העייפות של שכבת החיבורים.
2. התאמת שכבות מתכת ממשק
יש לפצות במדויק את ההבדל במקדם ההתפשטות התרמית (CTE) בין שכבת המתכת האחורית של השבב (בדרך כלל Ag, Al, או TiN) לבין שכבת הכסף המחוברת באמצעות חלונות תהליך. אם לוקחים את מערכת Ag/silver sintering/Ni-Au-DBC כדוגמה, ה-CTEs הם 17, 19 ו-7 ppm/מעלה, בהתאמה. יש להפחית מתח תרמי בממשק באמצעות אופטימיזציה של עקומת הלחץ.
3. בקרת תעריפים בטלה
התעשייה דורשת בדרך כלל שיעור בטל של<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:
טעינת לחץ שלב-אחר-שלבית: עקומת לחץ דו-שלבת הכוללת חימום מוקדם-בלחץ נמוך ואחריו סינטר בלחץ גבוה-.
אופטימיזציה של פורמולציה של משחת כסף ננו: מפחיתה את אנרגיית הפעלת הסינטר ומשפרת את קינטית הצפיפות.
בדיקת-רנטגן מקוונת: 100%-זיהוי שיעור ריקון רנטגן, מספק-משוב בזמן אמת על מצב התהליך.
4. סינרגיית מצע קרמי
התאמת הממשק בין מצעי קרמיקה DBC (חיפוי נחושת ישיר) ו-AMB (הלחמת מתכת פעילה) והשכבה המוכספת הכסוף חיונית באותה מידה. מצעי AMB סיליקון ניטריד, עם התאמת ההתפשטות התרמית המצוינת שלהם (CTE כ-2.5ppm/מעלה), מחליפים במהירות את פתרון ה-AlN-DBC המסורתי במודולי הספק SiC, ומשפרים את חיי מחזור הספק של המודול.
III. הקישור האחרון ב-PCBA מסתיים-ל-סוף מהימנות
תהליך סינטר הכסף לא רק פותר את בעיית החיבור בין שבב למצע, אלא גם נוגע לאמינות הקצה-עד-הקצה של אריזת מודול הכוח → הרכבת PCBA.
לאחר שמודול הכוח של SiC ישלים את הסינטר והחיבור, יש לקחת בחשבון את החיבור החשמלי שלו ל-PCB, תכנון הניהול התרמי והקיבוע המכני במונחים של אמינות ברמת המערכת:-
עיצוב פיזור חום: יש לתכנן נתיב תרמי יעיל מתחת לשכבת הסנטר הכסוף, ולמטב את שרשרת ההתנגדות התרמית השלמה מטמפרטורת צומת שבב לטמפרטורת הסביבה.
פריסת מצע: מבנה הערימה- של המצע הקרמי DBC/AMB וה-PCB צריך להיות נתון לסימולציה תרמו-מכאנית.
חלון תהליך הלחמה: פרופילי טמפרטורת ההלחמה מחדש של המודול וה-PCB צריכים להתאים למגבלת הטמפרטורה של השכבה הכסופה.
ציפוי בטון: תהליך הציפוי של מודול הכוח צריך לקחת בחשבון את תאימות פני השטח של שכבת הכסף.
