烧结银 vs. 导电胶:在高功率半导体封装中谁主沉浮?(烧结银工艺介绍) 99xcs.com

核心结论:先看对比表

特性烧结银导电胶对高功率封装的意义

导热性极高 (130-250 W/mK)极低 (1-6 W/mK)烧结银胜。高功率产生大量热量,烧结银是“热通道”,导电胶是“热绝缘层”。

导电性极佳 (2-4 μΩ·cm)较差 (0.001-0.0001 Ω·cm)烧结银胜。降低互联电阻和通流损耗,提升效率。

连接强度极高 (>40 MPa)一般 (10-25 MPa)烧结银胜。提供坚固的机械连接,抗疲劳性强。

耐温性极佳 (熔点961℃)差 (长期<200℃)烧结银胜。可在>200℃环境下稳定工作,导电胶会老化、碳化。

工艺温度较低 (175-300℃)很低 (80-180℃)导电胶胜。对热敏感元件更友好,成本更低。

工艺难度/成本较高低导电胶胜。操作简单,适合低成本、大批量消费电子。

长期可靠性卓越一般烧结银胜。在功率和温度循环下,寿命远超导电胶。

深度解析:为什么烧结银是“王者”?

高功率半导体(如车用IGBT、SiC MOSFET、GaN HEMT)的封装核心诉求是:高效散热、高温稳定、大电流承载、长期可靠。烧结银在所有这些都是最优解,而导电胶则存在根本性短板。

1. 散热能力:天壤之别

烧结银:其导热率(>130 W/mK)与铜(~400 W/mK)处于同一数量级,能迅速将芯片产生的巨大热量传导至散热基板,保证芯片结温在安全范围内。这是发挥第三代半导体高功率密度优势的前提。

导电胶:由环氧树脂等聚合物和银填料组成。聚合物本身是热的不良导体(~0.2 W/mK)。即使添加了银粉,热量也需通过不连续的银颗粒和树脂基体传递,形成巨大的热阻。它会成为散热路径上的 “隔热层” ,导致芯片过热,性能失效。

结论:在散热这一关键指标上,导电胶被“一票否决”。

2. 耐温性与可靠性:本质差异

烧结银:烧结后形成纯银的多孔网络,其化学和物理性质稳定,熔点961℃。在功率模块的寿命期内,即使经历数千次-40℃到+200℃的温度循环,其性能也几乎不衰减。

导电胶:其基体是有机聚合物。长期在150℃以上工作会加速其老化、脆化、黄变。在高温下,树脂会分解、碳化,导致导电性能下降和连接失效。其热膨胀系数与芯片不匹配,在温度循环中易产生裂纹。

结论:导电胶的“有机”本质决定了它无法胜任高温、长寿命的高功率应用。

3. 电性能与机械性能:全面领先

电导率:烧结银接近纯银,而导电胶的电阻率通常比其高2-3个数量级,在高频大电流下会产生显著的欧姆损耗。

剪切强度:烧结银通过原子扩散形成冶金结合,强度远超依靠物理吸附和机械互锁的导电胶。

导电胶的定位:它在哪里“主沉浮”?

尽管在高功率领域失利,但导电胶在电子封装中仍有其不可替代的地位:

应用领域:

消费电子:手机、平板、笔记本电脑中的芯片贴装、电磁屏蔽。

LED封装:中低功率LED芯片的固晶。

传感器、柔性电路。

核心优势:

工艺极其简单:点胶-固化,无需特殊气氛,设备成本低。

低温工艺:避免热损伤。

成本低廉。

适用于柔性基板。

最终裁决

在高功率半导体封装的舞台上,烧结银与导电胶并非平等的竞争者,而是服务于不同性能层级市场的解决方案。

烧结银:主宰着对性能、可靠性和耐温性有极致要求的领域,是新能源汽车、轨道交通、工业驱动、5G基站等高端市场的不二之选。它代表着技术发展的方向和未来。

导电胶:统治着对成本敏感、功率较低、工作环境温和的领域,是消费电子等大众市场的性价比之王。

因此,对于“谁主沉浮?”这个问题,答案非常明确:

在高功率半导体封装的浪潮中,是烧结银在“主”,而导电胶在此领域注定“沉”。 选择烧结银,就是选择为功率器件赋予巅峰的性能与极致的可靠性。