2026 年 7 月、パワー半導体業界は再び価格上昇を経験しました。インフィニオンは 2 回目の価格調整を行い、20 社近くのメーカーがこれに追随し、納期サイクルを 40-50 週間に延長しました。この現象の背景には、新エネルギー自動車、AI データセンター HVDC 電源、エネルギー貯蔵 PCS などの分野における第 3 世代 SiC/GaN 半導体の爆発的な成長があります。{9} 800V の新エネルギー車を例にとると、SiC パワー モジュールの市場普及率は 60% を超えていますが、AI データセンターにおける高電力密度電源の需要により、SiC テクノロジーはより高い電流とより高い接合温度に向けて急速に進化しています。{10}
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 度は、SiC パワー モジュールの高信頼性相互接続のための主流のプロセス選択肢になりつつあります。-
I. 銀焼結の中心原理
銀焼結は本質的に固体拡散接合プロセスです。-はんだ付けの液相リフローとは異なり、銀焼結ではナノ-銀粒子（またはマイクロ-銀粒子）を低温（220-250度）および高圧（20～40MPa）条件下で利用し、粒子間の原子拡散とネック成長メカニズムによって緻密な金属結合層を形成します。
このプロセスは次の 3 つの段階に分けることができます。
ステージ 1: 粒子の再配置。圧力がかかると、銀粒子は物理的接触と再配列を起こし、初期の多孔性がなくなります。
ステージ 2: 首の成長。隣接する粒子の接触点にある原子が粒界に沿って拡散して「ネック」を形成し、粒子間の結合強度が急速に高まります。
ステージ 3: 毛穴の除去。連続的な拡散により粒子の成長と多孔性の収縮が引き起こされ、最終的には緻密な銀焼結層が形成されます。焼結後の銀層の熱伝導率は純粋に金属となり、従来のはんだの金属間化合物 (IMC) 層の熱抵抗がなくなりました。熱伝導率は200～250 W/m・Kに達し、SnAgはんだの50 W/m・Kの4～5倍です。
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa は、自動車-グレードの AEC-Q101 規格の 1000- サイクル要件をはるかに上回ります。この特性により、銀焼結は電気自動車の主駆動電源モジュールや信頼性の高い航空宇宙用途に推奨される相互接続技術となっています。
II.プロセスの課題と主要テクノロジー
銀焼結には大きな利点があるにもかかわらず、そのプロセス制御は複数の課題に直面しています。
1. 焼結均一性制御
Uniform sintering of large-area chips (>20×20mm）が主な課題です。銀ペーストのレオロジー特性、圧力伝達の均一性、および温度場分布はすべて、最終的な空隙率に影響します. 1.。チップの端と中心の間の密度差が 10% を超えると、熱機械応力の集中が生じ、相互接続層の疲労破壊が加速します。
2. インターフェースのメタライゼーション層のマッチング
チップの裏面メタライゼーション層 (通常は Ag、Al、または TiN) と焼結銀層の間の熱膨張係数 (CTE) の差は、プロセス ウィンドウを通じて正確に補正する必要があります。 Ag/銀焼結/Ni-Au-DBC システムを例にとると、CTE はそれぞれ 17、19、および 7 ppm/度です。界面での熱応力は、圧力曲線の最適化によって軽減する必要があります。
3. ボイド率の制御
業界では通常、次のボイド率を要求します。<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:
ステップ-バイ-圧力負荷: 低圧予熱とそれに続く高圧焼結を含む 2- 段階の圧力曲線。-
ナノ銀ペースト配合の最適化: 焼結活性化エネルギーを低減し、緻密化速度を改善します。
オンライン X- 線検査: 100% X- 線ボイド率検出により、プロセス ステータスに関するリアルタイムのフィードバックが提供されます。-
4. セラミック基板の相乗効果
DBC (Direct Copper Clad) および AMB (Active Metal Brazing) セラミック基板と銀焼結層の間の界面のマッチングも同様に重要です。 AMB 窒化ケイ素基板は、その優れた熱膨張一致 (CTE 約 2.5ppm/度) により、SiC パワーモジュールにおける従来の AlN-DBC ソリューションを急速に置き換え、モジュールのパワーサイクル寿命を向上させています。
Ⅲ． PCBA エンドツーエンドの信頼性における最後のリンク--
銀焼結プロセスは、チップから基板までの相互接続の問題を解決するだけでなく、パワー モジュールのパッケージ化→ PCBA アセンブリのエンドツーエンドの信頼性にも関係します。{0}{1}
SiC パワー モジュールの焼結と相互接続が完了したら、PCB への電気的接続、熱管理設計、機械的固定のすべてをシステム レベルの信頼性の観点から考慮する必要があります。-
熱放散設計: 銀焼結層の下に効率的な熱経路を設計し、チップの接合温度から周囲温度までの完全な熱抵抗チェーンを最適化する必要があります。
基板のレイアウト: DBC/AMB セラミック基板と PCB の積層構造は、熱機械シミュレーションを受ける必要があります。{0}
はんだ付けプロセスウィンドウ: モジュールと PCB のリフローはんだ付け温度プロファイルは、銀焼結層の温度制限と一致する必要があります。
コンクリートコーティング: パワーモジュールのコーティングプロセスでは、銀層の表面適合性を考慮する必要があります。
