派恩杰半導(dǎo)體，中國第三代半導(dǎo)體功率器件的領(lǐng)先品牌，主營碳化硅MOSFET、碳化硅SBD和氮化鎵HEMT等功率器件產(chǎn)品。在新能源汽車、光伏儲能、白色家電、5G通訊等終端應(yīng)用的發(fā)展下，SiC/GaN等第三代半導(dǎo)體材料水漲船高，成為時下特別火熱的發(fā)展領(lǐng)域之一。終端應(yīng)用市場對于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設(shè)計需求日益增強(qiáng)，與此同時，各國能效標(biāo)準(zhǔn)也不斷演進(jìn)，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開關(guān)更快、導(dǎo)熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性，正在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。

特別在新能源汽車領(lǐng)域，隨著運(yùn)行溫度和可靠性要求的提高，鋁線需要用具有較高導(dǎo)電率的銅線取代。與鋁線相比，在半導(dǎo)體器件上與Cu等較硬材料的線鍵合會產(chǎn)生更多的可靠性隱患。第一個困難是將硬銅鍵合線彎曲時產(chǎn)生的應(yīng)力問題，如過小的弧度會導(dǎo)致鍵合線抬起導(dǎo)致脫落。其次，在銅線鍵合過程中，鍵合點(diǎn)處產(chǎn)生隱裂或彈坑，導(dǎo)致固有的損傷或缺陷。

近年來，賀利氏推出的DTS(die Top System)技術(shù)有效地解決了硬銅線鍵合的一些顧慮。它包含了在銅片上的預(yù)涂銀層，來保護(hù)芯片免受相對于鋁綁定線而言更高的鍵合力。它具有較高的可靠性和耐高溫性能，能夠提供穩(wěn)定的焊接連接。同時，它將芯片電流產(chǎn)生的熱量均勻地分布到整個芯片表面，降低芯片局部溫度峰值，改善了電熱性能。

新型SiC車規(guī)模塊常見的有HPD、IPM、TPAK等封裝，以應(yīng)用于電動車逆變器中，很多的動力控制公司和功率模塊制造廠商，為了提高可靠性，在汽車模塊中均或多或少的采用該技術(shù)。DTS技術(shù)與銀燒結(jié)結(jié)合應(yīng)用對其可靠性有巨大的影響，用銀燒結(jié)劑代替焊料，用DTS燒結(jié)和銅線代替頂部鋁線，并在芯片表面金屬化鍍鎳鈀金，在極端條件下，結(jié)溫度至少降低了10K，壽命至少增加了10倍。

01 DTS技術(shù)提高功率模塊可靠性方面發(fā)揮的關(guān)鍵作用

①.保護(hù)敏感芯片：DTS技術(shù)通過在銅箔上預(yù)先涂覆銀燒結(jié)膏，可以保護(hù)敏感半導(dǎo)體芯片的頂部。這有助于避免在銅線鍵合過程中對芯片造成損壞。

②.熱量均勻分布：DTS技術(shù)可以使電流通過半導(dǎo)體器件時產(chǎn)生的熱量均勻分布在整個芯片表面上，減少局部溫度峰值。這有助于提高功率模塊的熱電行為。

③.降低溫度：通過使用DTS技術(shù)和銀燒結(jié)替代傳統(tǒng)的焊接和鋁線鍵合，可以降低連接處的溫度。這有助于減少模塊在極端條件下的溫度，從而提高模塊的壽命。

④.減少故障機(jī)制：DTS系統(tǒng)的應(yīng)用可以減少焊接接頭和鋁鍵合線出現(xiàn)裂紋和退化的故障機(jī)制。相比之下，模塊配備DTS的銀燒結(jié)層在芯片背面顯示出更少的退化效應(yīng)。

02 銀燒結(jié)技術(shù)相較于傳統(tǒng)錫基軟焊料具有以下優(yōu)勢

①.高溫穩(wěn)定性：銀燒結(jié)技術(shù)在高溫環(huán)境下具有更高的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的錫基軟焊料在高溫下會出現(xiàn)機(jī)械不穩(wěn)定性，而銀燒結(jié)技術(shù)能夠在更高的溫度下保持穩(wěn)定性。

②.可靠性：銀燒結(jié)技術(shù)提供了更高的可靠性，特別是在要求高溫操作的場景下。銀燒結(jié)接頭的熔點(diǎn)通常至少比軟焊料高四倍，且在高溫環(huán)境下運(yùn)行時不會產(chǎn)生應(yīng)力或退化。

③.熱導(dǎo)率：銀具有較高的熱導(dǎo)率，使得銀燒結(jié)接頭在熱傳導(dǎo)方面表現(xiàn)優(yōu)異。通過在接頭中使用薄薄的銀層，可以實(shí)現(xiàn)理想的堆疊結(jié)構(gòu)，從而降低熱阻。

03 高溫下鍵合技術(shù)需要考慮以下幾個關(guān)鍵因素

①.溫度穩(wěn)定性：選擇的連接技術(shù)必須具有良好的溫度穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下保持連接的可靠性和性能。例如，銀燒結(jié)技術(shù)相對于傳統(tǒng)的軟焊料在高溫下具有更好的穩(wěn)定性。

②.熱導(dǎo)率：連接技術(shù)的熱導(dǎo)率也是一個重要考慮因素。高熱導(dǎo)率的連接技術(shù)可以幫助有效地傳導(dǎo)熱量，減少局部溫度峰值，提高系統(tǒng)的熱管理性能。

③.材料兼容性：連接技術(shù)必須與被連接的材料兼容。例如，對于硬銅線鍵合到傳統(tǒng)的鋁金屬化表面，需要考慮材料之間的兼容性以避免損壞。

④.可靠性：連接技術(shù)必須具有高可靠性，能夠在長期高溫運(yùn)行下保持連接的穩(wěn)定性和性能。通過選擇可靠的連接技術(shù)可以降低系統(tǒng)故障的風(fēng)險。

⑤.成本效益：除了技術(shù)性能外，成本效益也是一個重要考慮因素。選擇適合高溫要求的連接技術(shù)時，需要綜合考慮其性能、可靠性和成本之間的平衡。

04 DTS技術(shù)仍存在的技術(shù)挑戰(zhàn)

①.界面粘附強(qiáng)度不足：DTS技術(shù)中的界面粘附強(qiáng)度可能不足以承受長期的電熱應(yīng)力，導(dǎo)致界面剝離和失效。

②.CTE不匹配問題： 不同材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配可能導(dǎo)致應(yīng)力集中和裂紋形成，影響模塊的可靠性。

③.電流不平衡： 不同區(qū)域中DTS的退化速率不一致可能導(dǎo)致電流不平衡，進(jìn)而影響模塊的穩(wěn)定性和可靠性。

05 DTS技術(shù)未來的解決方案

①.優(yōu)化界面設(shè)計： 加強(qiáng)DTS技術(shù)中各界面的粘附強(qiáng)度，可以通過改進(jìn)材料選擇、表面處理或界面設(shè)計來提高界面的穩(wěn)定性。

②.優(yōu)化材料選擇： 選擇CTE匹配性更好的材料，或通過調(diào)整材料的厚度和性質(zhì)來減少熱應(yīng)力，提高模塊的耐久性。

③.電流均衡設(shè)計： 設(shè)計更均衡的電路結(jié)構(gòu)，確保不同區(qū)域中的電流分布更均勻，可以減少電流不平衡帶來的問題。

④.工藝改進(jìn)： 完善制造工藝，提高DTS技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性，例如優(yōu)化焊接工藝、提高材料質(zhì)量等。

半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，特別是碳化硅，產(chǎn)生了具有高功率密度的器件，并允許器件在明顯更高的結(jié)溫度下運(yùn)行?；ミB技術(shù)在設(shè)備和組件的不間斷運(yùn)行中起著重要的作用。以DTS技術(shù)和銅線鍵合的功率模塊，可作為新一代基于碳化硅的高功率模塊提供有效的技術(shù)支持。

派恩杰致力于碳化硅功率器件國產(chǎn)替代，專注于技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，就目前存在的技術(shù)挑戰(zhàn)，派恩杰仍會堅持鉆研攻克，完成優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品質(zhì)量。派恩杰半導(dǎo)體功率模塊產(chǎn)品不僅符合車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品上車裝機(jī)量更是突破了100W+，目前，派恩杰半導(dǎo)體在650V、1200V、1700V三個電壓平臺已發(fā)布100余款不同型號的碳化硅二極管、碳化硅MOSFET、碳化硅功率模塊和GaN HEMT產(chǎn)品，量產(chǎn)產(chǎn)品已在電動汽車、IT設(shè)備電源、光伏逆變器、儲能系統(tǒng)、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域廣泛使用，為各個應(yīng)用領(lǐng)域頭部客戶持續(xù)穩(wěn)定供貨，且產(chǎn)品質(zhì)量與供應(yīng)能力得到客戶的廣泛認(rèn)可。未來，我們也希望能夠和業(yè)內(nèi)更多同仁進(jìn)行多方位的技術(shù)交流并保持友好合作!

第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料前沿技術(shù)探討交流平臺，幫助工程師了解SiC/GaN全球技術(shù)發(fā)展趨勢。所有內(nèi)容都是SiC/GaN功率器件供應(yīng)商派恩杰創(chuàng)始人黃興博士原創(chuàng)或推薦的。

第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料前沿技術(shù)探討交流平臺，幫助工程師了解SiC/GaN全球技術(shù)發(fā)展趨勢。所有內(nèi)容都是SiC/GN功率器件供應(yīng)商派恩杰半導(dǎo)體創(chuàng)始人黃興博士和派恩杰工程師原創(chuàng)。

黃興博士

派恩杰 總裁 &技術(shù)總監(jiān)

師承IGBT發(fā)明者Dr. B.Jayant Baliga與發(fā)射極關(guān)斷晶閘管發(fā)明者Dr.Alex Q.Huang。2018年創(chuàng)建派恩杰半導(dǎo)體(杭州)有限公司，領(lǐng)導(dǎo)派恩杰成為全球第一家量產(chǎn)元胞尺寸小于5μm的平面柵碳化硅MOSFET供應(yīng)商，獲得國際新能源龍頭企業(yè)認(rèn)可并收獲直供訂單，完成數(shù)億元融資。黃興博士著有10余篇科技論文，超350次引用，并擁有40余項專利，是碳化硅研發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域的資深專家。

派恩杰半導(dǎo)體

成立于2018年9月的第三代半導(dǎo)體功率器件設(shè)計和方案商，國際標(biāo)準(zhǔn)委員會JC-70會議的主要成員之一，參與制定寬禁帶半導(dǎo)體功率器件國際標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)布了100余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT功率器件，其中SiC MOSFET芯片已大規(guī)模導(dǎo)入國產(chǎn)新能源整車廠和Tier 1，其余產(chǎn)品廣泛用于大數(shù)據(jù)中心、超級計算與區(qū)塊鏈、5G通信基站、儲能/充電樁、微型光伏、城際高速鐵路和城際軌道交通、家用電器以及特高壓、航空航天、工業(yè)特種電源、UPS、電機(jī)驅(qū)動等領(lǐng)域。