燒結(jié)銀剪切力不足？善仁揭秘膠層厚度的黃金區(qū)間是多少？

燒結(jié)銀作為第三代半導(dǎo)體如SiC、GaN封裝的關(guān)鍵互連材料，其剪切力不足是制約器件可靠性的常見問題。主要原因包括膠層厚度偏離優(yōu)化區(qū)間、空洞率過高、熱應(yīng)力累積及材料匹配性差：

1 膠層厚度不適配：膠層過薄＜10μm會導(dǎo)致銀顆粒間結(jié)合不充分，無法形成連續(xù)的致密結(jié)構(gòu)；膠層過厚＞100μm則會增加熱應(yīng)力，同時(shí)易引入空洞，降低剪切強(qiáng)度。

2 空洞率過高：燒結(jié)過程中溶劑揮發(fā)不充分、印刷工藝不當(dāng)如“狗耳朵”現(xiàn)象或銀膏流動性差，會導(dǎo)致膠層內(nèi)部產(chǎn)生空洞。空洞會阻斷熱流路徑，引發(fā)局部熱應(yīng)力集中，進(jìn)而降低剪切力。

3 熱應(yīng)力累積：銀的熱膨脹系數(shù)19ppm/K與陶瓷基板如Al?O?的7ppm/K差異較大，高溫工作時(shí)熱應(yīng)力會累積，導(dǎo)致膠層與基板界面剝離。

4 材料匹配性差：銀膏與基板鍍層如Au、Ni/Au的界面反應(yīng)如Ag-Au互擴(kuò)散會削弱界面結(jié)合力，導(dǎo)致剪切力下降。

一、善仁新材提出的膠層厚度黃金區(qū)間為10-100μm

善仁新材作為國內(nèi)燒結(jié)銀領(lǐng)域的領(lǐng)航者，從2017年通過大量實(shí)驗(yàn)與500多家燒結(jié)銀客戶應(yīng)用數(shù)據(jù)，總結(jié)出10-100μm為燒結(jié)銀膠層的黃金區(qū)間，其核心邏輯如下：

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐：10-100μm區(qū)間內(nèi)剪切力較優(yōu)

善仁新材的研究表明，當(dāng)膠層厚度控制在10-100μm時(shí)，銀顆粒可充分接觸并形成致密的燒結(jié)頸，銀原子擴(kuò)散充分，連接層連續(xù)性與致密性較佳，剪切力達(dá)到峰值。例如：

半導(dǎo)體封裝中，2×4mm2芯片的燒結(jié)銀AS9335膠層厚度為30μm時(shí)，剪切強(qiáng)度可達(dá)42MPa，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)焊料的25-35MPa；

功率模塊中，膠層厚度為50-80μm時(shí)，剪切強(qiáng)度可穩(wěn)定在40-50MPa，滿足高功率器件的機(jī)械應(yīng)力要求。

2 10-100μm區(qū)間的優(yōu)勢

平衡剪切力與熱應(yīng)力：膠層過薄＜10μm會導(dǎo)致銀顆粒間結(jié)合不充分，剪切力下降；膠層過厚＞100μm會增加熱應(yīng)力，導(dǎo)致界面剝離。10-100μm區(qū)間可有效平衡兩者，確保剪切力與熱穩(wěn)定性的協(xié)同。

抑制空洞形成：該區(qū)間內(nèi)銀膏的流動性與印刷性較佳，如善仁新材的AS9338無壓燒結(jié)銀，粘度為20000CPS，可避免“狗耳朵”現(xiàn)象與溶劑殘留，降低空洞率。

適配不同應(yīng)用場景：10-30μm適用于芯片級小面積燒結(jié)，50-100μm適用于系統(tǒng)級大面積燒結(jié)，覆蓋了從精密電子到高功率器件的全場景需求。

3 超出區(qū)間的風(fēng)險(xiǎn)

＜10μm：銀顆粒無法充分接觸，燒結(jié)層致密性差，剪切力下降，如如某客戶實(shí)驗(yàn)中，AS9335燒結(jié)銀的5μm膠層的剪切強(qiáng)度僅為20MPa，遠(yuǎn)低于行業(yè)要求的30MPa；

＞100μm：熱應(yīng)力累積加劇，易導(dǎo)致界面剝離，如某新能源車企的測試中，120μm膠層的功率模塊在1000次熱循環(huán)后，剪切強(qiáng)度下降了40%；

空洞率上升：膠層過厚會增加溶劑揮發(fā)的難度，導(dǎo)致空洞率升高，進(jìn)而降低導(dǎo)熱性能與剪切力。

二、善仁新材的技術(shù)支撐：如何確保膠層厚度在黃金區(qū)間內(nèi)

善仁新材通過材料創(chuàng)新與工藝優(yōu)化，確?？蛻舻哪z層厚度穩(wěn)定在10-100μm：

材料創(chuàng)新：開發(fā)了低粘度、高流動性的燒結(jié)銀膏，如AS9338無壓燒結(jié)銀，粘度為20000CPS，可均勻涂覆在基板上，避免厚度不均；

工藝優(yōu)化：采用階梯鋼網(wǎng)與疏水性納米涂層，抑制“狗耳朵”現(xiàn)象，提高印刷一致性；

設(shè)備適配：推薦使用普通烘箱，通過優(yōu)化燒結(jié)曲線，確保銀膏充分燒結(jié)，同時(shí)避免膠層變形。

三 結(jié)論：10-100μm是燒結(jié)銀剪切力的較優(yōu)解

善仁新材的黃金區(qū)間：10-100μm是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，其核心是通過平衡銀顆粒結(jié)合度、熱應(yīng)力與空洞率，確保剪切力達(dá)到較優(yōu)。對于客戶而言，選擇善仁新材的燒結(jié)銀產(chǎn)品如AS9335無壓燒結(jié)銀，并嚴(yán)格按照其工藝指導(dǎo)，如印刷厚度控制、燒結(jié)曲線優(yōu)化，可將膠層厚度穩(wěn)定在10-100μm，有效解決剪切力不足的問題。

綜上，燒結(jié)銀剪切力不足的關(guān)鍵原因是膠層厚度偏離10-100μm的黃金區(qū)間，而善仁新材通過材料創(chuàng)新與工藝優(yōu)化，為客戶提供了一整套解決方案，確保剪切力達(dá)到行業(yè)要求。