淺談功率半導(dǎo)體燒結(jié)貼片技術(shù)

技術(shù)正在不斷發(fā)展。工業(yè)部門跟隨發(fā)展，公司專注于市場上最需要的應(yīng)用，根據(jù)消費者的需求改變他們的生產(chǎn)重點。AMX 為其燒結(jié)壓機發(fā)明了一種新型燒結(jié)工具 Micro-Punch，它可以獨立地以特定壓力（熱敏電阻、IGBT、MOSFET）將每個組件壓在基板上，芯片，芯片）。據(jù) AMX 稱，Micro-Punch 工具可確保壓力均勻并消除以下高價值問題：模具斷裂、傾斜、分層和空隙。Micro-Punch 工具對芯片的數(shù)量或放置沒有限制；它可以適應(yīng)任何 DBC 尺寸或配置，并且可以獨立壓制最薄和最小的模具，即使它們彼此非常接近。

加壓燒結(jié)

銀 （Ag）/銅 （Cu） 壓力燒結(jié)（見圖 1）是一種應(yīng)用于粉末材料（即納米顆粒）的熱處理工藝，以提供更高的強度、完整性和導(dǎo)電性。據(jù) AMX 稱，燒結(jié)目前被認(rèn)為是連接電力電子元件的最可靠技術(shù)。銀燒結(jié)膏是目前應(yīng)用最廣泛的材料。熔點約為 960?C，銀燒結(jié)膏的熱導(dǎo)率介于 130 和 250 W/（m·K） 之間。銀燒結(jié)膏對環(huán)氧樹脂具有很高的附著力，可以將組件保持在固定位置以實現(xiàn)出色的管理，并且通常可以提高工藝的總產(chǎn)量。下一代需要銅燒結(jié)，特別是為了實現(xiàn)顯著的成本節(jié)約。與其他粘合方法相比，

• 它具有最佳的導(dǎo)熱系數(shù) （》150 W/（m?K））。
• 它具有最好的導(dǎo)電系數(shù)。
• 它在耐久性測試中提供了最佳結(jié)果，甚至比焊接互連好 100 倍。
• 它顯示出較高的重熔溫度 （》400?C）。

據(jù) AMX 稱，其專利壓力燒結(jié)技術(shù)允許：

• 在 DBC/AMC 和其他電鍍基板或裸銅上燒結(jié)硅和碳化硅
• 框架/離散
• 嵌入式模具、夾子、墊片等。
• 不同材料、表面和工藝的相互作用

新應(yīng)用包括多級互連、集成模塊、組件連接、配電、UPS 轉(zhuǎn)換和存儲、充電站、逆變器、伺服電機、雷達(dá)和傳感器。

圖 1：壓力燒結(jié)示意圖

一種新方法：Micro-Punch

在研究過程中，該公司獲得了一項創(chuàng)新專利，該創(chuàng)新從燒結(jié)工藝中獲得了最佳效果，如圖 2 所示。這就是 Micro-Punch 系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)系統(tǒng)完全不同，比以前的系統(tǒng)有了顯著的進(jìn)步用過的。第一個系統(tǒng)由一個單一的壓力機組成，它對所有組件施加相同的力。各種部件的任何厚度差異都不可避免地帶來問題。換句話說，如果在某個點上面團層稍厚，則所有壓機的力都精確地施加在該點上，從而使壓力不成比例地增加并增加了材料破裂的風(fēng)險。

該公司通過 Micro-Punch 系統(tǒng)引入了一項重大創(chuàng)新：現(xiàn)在使用專用壓機在每個點上獨立施加壓力。結(jié)果，之前的問題被消除了。AMX 的銷售經(jīng)理 Alessio Greci 說：“AMX 專利徹底革新了這個生產(chǎn)領(lǐng)域。比賽開發(fā)了一些中間和替代解決方案，通常將幾個壓力機分組為子組，但 MicroPunch 系統(tǒng)在可重復(fù)性方面表現(xiàn)出色，尤其是在高級包裝應(yīng)用中，盡管擁有成本和處理時間相同。”

圖 2：AMX 獲得專利的方法之一（右）與經(jīng)典方法（左）

圖 3：AG 燒結(jié)技術(shù)的演變

最大程度的定制

據(jù) AMX 稱，Micro-Punch 系統(tǒng)可定制以滿足客戶的需求。事實上，他們中的許多人更關(guān)心解決方案的準(zhǔn)確性和可靠性，而不是其成本。消除材料破損問題是首要要求。當(dāng)過程中涉及各種類型的電子元件（例如二極管、MOSFET 和熱敏電阻的組合）時，這種要求最為明顯。使用 Micro-Punch，每個壓腳都專用于一個點（見圖 4），整個系統(tǒng)能夠獨立壓緊熱敏電阻和 IGBT。

此外，根據(jù) AMX 的說法，Micro-Punch 可以對各種電子元件施加不同且獨立的壓力。通過這種方式，如果客戶認(rèn)為組件更脆并且對高壓沒有很好的響應(yīng)，他們可以稍微減小壓力。因此，在設(shè)計階段并根據(jù)客戶的規(guī)格，可以在不同的壓力和應(yīng)用的組件之間進(jìn)行選擇。因此，最終生產(chǎn)的機器是定制的，以滿足最終用戶的需求。例如，可以定義各種活塞之間的壓力比，指定一個參數(shù)，該參數(shù)標(biāo)識一個活塞的壓力必須是另一個活塞的兩倍。

“顯然，這些最初選擇的參數(shù)可以在每次回路改變時由客戶修改，［他們］ 可以不時修改所施加壓力之間的關(guān)系，”格雷西說。他繼續(xù)說道，“Micro-Punch 系統(tǒng)可以處理彼此非常接近的元素，因為理論上這些組件的 GAP 可以為零，并且可以在自由移動的同時相互接觸。燒結(jié)目前用于半導(dǎo)體應(yīng)用，例如 SiC?！?/p>

圖 4：單個沖頭允許您單獨施加壓力。

汽車行業(yè)的燒結(jié)

在過去的幾年里，汽車中的一切都是焊接在一起的。AMX 還在汽車領(lǐng)域?qū)嵤毫Y(jié)方法，特別是對于超高功率模塊。今天，市場需要更大的小型化和高功率，公司的大部分活動都將專注于此類應(yīng)用。也有帶火車的公共交通工具的實現(xiàn)，但它們顯然沒有空間問題。事實上，小型化主要涉及汽車領(lǐng)域。電源模塊的其他應(yīng)用還涉及數(shù)據(jù)中心、不間斷電源和大型電源變壓器。

壓力燒結(jié)：一組重要參數(shù)

不同燒結(jié)程序之間的差異與其說是由要燒結(jié)的部件類型決定，不如說是由選擇和使用的漿料決定?？蛻艨梢赃x擇要遵循的粘貼和工作流程。顯然有一些初始參數(shù)是先驗選擇的，或多或少是標(biāo)準(zhǔn)的。燒結(jié)過程需要大約 250?C 的溫度、15 到 25 兆帕的壓力和大約三分鐘的時間。這是描述整個過程的起點。

根據(jù)初始結(jié)果，可以調(diào)整一些參數(shù)以獲得最佳結(jié)果。通常，客戶會檢查力或熱力的影響，觀察組件對各種類型疲勞的反應(yīng)，并在顯微鏡下分析各個零件。通常，這些參數(shù)由焊膏制造商設(shè)置，并在試驗過程中逐個進(jìn)行微調(diào)。最后，壓力燒結(jié)是一種允許高溫密封的工藝，具有高可靠性和完美的可重復(fù)性，目前被認(rèn)為是最好的解決方案。必須評估其他參數(shù)，例如溫度和熱膨脹系數(shù)。

雙反饋系統(tǒng)

AMX 提供“雙反饋”選項。這是一個功能，可避免在向組件施加壓力時出錯?？刂剖┘釉趦蓚€方面的壓力：

• 在壓力機上
• 在施加力的特定點上

使用力傳感器進(jìn)行的雙重檢查評估施加到壓具上的力是否與組件接收到的力一致。了解整個燒結(jié)區(qū)域后，您可以計算從上方施加的壓力以及約束反作用力的理論力，并將其與傳感器輸出進(jìn)行比較（見圖 5）。事實上，操作者可能會卸下壓腳進(jìn)行清潔，然后忘記更換。在這種情況下，編程壓力將與施加到組件上的實際壓力不同，從而導(dǎo)致顯著的力不平衡。換句話說，當(dāng)壓腳沒有施加預(yù)期的力時，系統(tǒng)會檢測并通知操作員。幾個傳感器也用于氧氣濃度和溫度，雖然看似多余，出于安全原因使用（例如，傳感器可能會發(fā)生故障）。收集所有這些信息是為了獲得整個過程的完整概況。

圖 5：在壓力燒結(jié)中，每個壓力機都受到控制并且完全獨立于其他壓力機。