成本直降98%！微合金化復(fù)合焊片：媲美燒結(jié)銀性能的功率半導(dǎo)體

來源：發(fā)布時(shí)間：2025-10-23

在全球能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，以SiC和GaN為主的第三代功率半導(dǎo)體，因其寬禁帶特性所帶來的耐高壓、耐高溫與高效率等優(yōu)異性能，已成為提升能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵材料，普遍應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、光伏能源、武器裝備等高功率場(chǎng)景。然而，這些高性能半導(dǎo)體器件能否在實(shí)際工作中穩(wěn)定、持久地發(fā)揮性能，很大程度上取決于封裝技術(shù)的可靠性。

傳統(tǒng)高溫焊料（包括高鉛和無鉛焊料）封裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)芯片與基板連接的主流工藝之一，但其焊接溫度通常需超過280℃，不僅不適用于對(duì)溫度敏感的器件，還會(huì)引入較大熱應(yīng)力，影響器件的長(zhǎng)期可靠性。為克服這一局限，銀燒結(jié)技術(shù)利用納米銀膏在較低溫度下實(shí)現(xiàn)連接，形成的燒結(jié)層熔點(diǎn)高，可實(shí)現(xiàn)“低溫連接、高溫服役”。然而，該技術(shù)存在兩大推廣障礙：一是銀作為貴金屬成本高昂，顯著提高器件材料成本；二是燒結(jié)過程需施加高壓（可達(dá)30MPa級(jí)別），不僅增加工藝復(fù)雜度，還對(duì)設(shè)備和芯片的機(jī)械強(qiáng)度提出更高要求。此外，銀在電場(chǎng)作用下易發(fā)生電遷移，可能導(dǎo)致器件短路失效。

現(xiàn)有封裝技術(shù)的缺點(diǎn)促使業(yè)界尋找更便宜、更高性能的互連解決方案，其中液相鍵合（TLB）技術(shù)是重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。該技術(shù)允許在相對(duì)較低的溫度下形成難熔全層金屬間化合物（IMC），從而實(shí)現(xiàn)“低溫結(jié)合和高溫作”。然而，傳統(tǒng)的Cu-Sn TLB技術(shù)存在明顯的缺點(diǎn)：在250°C下形成全層IMC連接通常需要兩個(gè)多小時(shí)。長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下會(huì)降低設(shè)備的可靠性，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)線的高效要求。

為了解決這些問題，北京理工大學(xué)的馬兆龍團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獲得ZL的微摻雜復(fù)合焊料（CUST）技術(shù)，提供了一種創(chuàng)新的解決方案。CUST采用獨(dú)特的復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)：純錫層、CUST微合金層、純錫層，串聯(lián)排列。CUST 合金中的各種元素有助于形成具有中等熵的新型金屬間化合物（IMC），從而顯著加速其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。這將形成完整 IMC 連接所需的時(shí)間從傳統(tǒng)工藝中的兩個(gè)多小時(shí)縮短到不到 15 分鐘，效率提高了 8 倍以上。這使得CUST焊片成為傳統(tǒng)回流焊工藝的理想選擇，提高了生產(chǎn)效率。