可減少SiC功率模組封裝溫度達100℃之銀燒結接合技術

 

刊登日期:2021/8/23
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大阪大學可撓3D封裝協働(F3D)研究所與Yamato Scientific公司開發了一項可實現低熱電阻銀燒結接合的碳化矽(SiC)功率模組封裝技術,功率模組的所有接合界面將可不需要金屬噴敷(Metallization),與現有的焊接、潤滑脂接合等技術相比,接合接面溫度約可降低100℃。今後趨於普及化的SiC功率模組若能實現理想之散熱結構的話,將可望廣泛應用於電動車、物聯網(IoT)、航太等各領域。

矽半導體在電動車、混合動力車、鐵道、產業用機器人等高輸出馬達電源控制用逆變器(Invertor)的應用已面臨極限,因此能量損失較小之SiC半導體的利用日漸擴大。雖然SiC半導體可藉由高頻化達成機器的小型化,且對於削減二氧化碳排放量可帶來極大貢獻,但隨著電力密度增加,預期會出現超過250℃的操作溫度,因此對於可確保穩定運作之耐熱、散熱封裝技術有其需求性。

目前的技術是採用焊接或潤滑脂接合,但熱電阻較大,不利於散熱,進而妨礙了SiC半導體的高性能化。此外,散熱裝置上的鋁散熱片多為複雜形狀,不僅不適用於加壓接合,且有利用鎳等進行金屬噴敷的必要。

F3D研究所開發的銀燒結接合技術透過將SiC裸晶(Die)、DBA絕緣基板、鋁製散熱裝置予以直接接合的方式,實現了高散熱功率模組構造,與既有技術相比,接面溫度(Junction Temperature)可從過去的270℃降低至約180℃。利用新技術不僅可以實現複雜形狀的冷卻板大面積接合之外,且不再需要鋁材的金屬噴敷,將可有助於大幅減少製程成本。

另一方面,Yamato Scientific也確立了一項簡便且正確的熱特性評估法,並利用此評估法證明新封裝技術的熱特性。新技術對於SiC功率模組不僅可以促成高輸出密度、小型輕量化,並可望透過大幅減少電力損失,改善能源使用效率問題。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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