浅谈碳化硅功率芯片键合方法

上海藤谷小编本期给大家分享的是碳化硅功率芯片键合方法，希望看完本篇文章您能对功率芯片有一个新的认识！

航空航天、电动汽车和新能源发电技术的飞速发展使得对电力电子系统的性能指标要求日益提高，发展应用于高温等极端环境中的大功率器件芯片是当前电力电子技术领域发展的重点方向。

银烧结天然层具有明显的多孔特征，孔洞尺寸位于亚微米至微米范围。在烧结工艺过程需要施加压力以便形成孔隙率低、相对致密的烧结层，这导致烧结银层厚度难以准确控制，而且银烧结层厚度局限于几微米到几十微米之间。烧结银层厚度过薄，在高温环境下由于封装结构材料的热膨胀系数（CTE）不同将产生过大的剪切应变和应力集中，导致烧结银层的可靠性严重下降。与此同时，银烧结层在高温环境下会发生晶粒和孔洞的生长，导致微结构粗化，引起银烧结层的本构退化，更易发生疲劳破坏。另外，如果键合的芯片尺寸过大，烧结时将会阻碍银焊膏中有机溶剂的挥发，在烧结层里形成大面积气孔缺陷，导致结合强度下降，难以实现高质量和高良率烧结。

由于以一代半导体材料硅（Si）和第二代半导体材料（GaAs）为基础的功率器件芯片无法在200℃以上的高温环境下持续工作，而之后发展起来的以碳化硅（SiC）材料的第三代宽禁带半导体器件芯片的极限工作温度可达到500℃左右甚至更高温，更能满足未来电力电子技术的发展要求。然而，在这种高温环境下，现有的芯片键合材料-无铅焊料（Pb-free）会熔化导致连接失效，无法适用于碳化硅（SiC）等宽禁带器件芯片键合封装。近年来以烧结纳米银技术的低温键合技术是目前功率器件芯片朝高温、高可靠性应用发展的主要趋势，其基本原理是利用纳米尺度的银金属颗粒的高表面能、低熔点特性来实现芯片与基板的低压低温烧结键合。形成的银烧结层具有优良的电、热性能，熔点高，可以承受710℃的工作温度，是实现碳化硅功率器件芯片键合的理想结构。

因此，为了解决碳化硅功率器件芯片烧结银键合面临的上述可靠性和良率问题，急需提出一种合理的芯片键合方法，以有效降低碳化硅功率器件芯片烧结银键合工艺的复杂度和难度，同时提升碳化硅功率器件芯片键合的可靠性、良率和产率。

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