2026년 7월 전력반도체 업계는 또 한번의 가격 인상을 경험했다. Infineon은 두 번째로 가격을 조정했으며 거의 20개 제조업체도 이에 따라 배송 주기를 40-50주로 연장했습니다. 이러한 현상의 이면에는 신에너지 차량, AI 데이터센터 HVDC 전원 공급 장치, 에너지 저장 PCS 등의 분야에서 3세대 SiC/GaN 반도체의 폭발적인 성장이 있습니다. 800V 신에너지 차량을 예로 들면, SiC 전원 모듈의 시장 보급률은 60%를 초과했으며, AI 데이터 센터의 고밀도 전력 공급 장치에 대한 수요는 더 높은 전류와 더 높은 접합 온도를 향한 SiC 기술의 급속한 발전을 주도하고 있습니다.
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 >350도는 SiC 전력 모듈의 고신뢰성 상호 연결을 위한 주류 프로세스 선택이 되고 있습니다.{1}}
I. 은소결의 핵심원리
은 소결은 기본적으로 고체-확산 결합 공정입니다. 솔더링의 액상 리플로우와 달리 은소결은 저온(220{7}}250도) 및 고압(20~40MPa) 조건에서 나노{3}}은 입자(또는 마이크로{4}}은 입자)를 활용하여 입자 간 원자 확산과 넥 성장 메커니즘을 통해 치밀한 금속 결합층을 형성합니다.
이 프로세스는 세 단계로 나눌 수 있습니다.
1단계: 입자 재배열. 압력을 가하면 은 입자는 물리적 접촉과 재배열을 거쳐 초기 다공성을 제거합니다.
2단계: 목 성장. 인접한 입자의 접촉점에 있는 원자는 입자 경계를 따라 확산되어 "목"을 형성하여 입자 간의 결합 강도를 빠르게 증가시킵니다.
3단계: 모공 제거. 지속적인 확산은 입자 성장과 다공성 수축을 유발하여 궁극적으로 조밀한 은 소결층을 생성합니다. 소결 후 은 층의 열 전도성은 순수 금속성이므로 기존 솔더에서 금속간 화합물(IMC) 층의 열 저항이 제거됩니다. 열전도도는 SnAg 솔더의 50W/m·K보다 4~5배 높은 200~250W/m·K에 이릅니다.
Reliability Verification: After more than 2000 temperature cycling tests (-55℃~200℃), the shear strength of the silver sintered layer remains >15MPa는 자동차-등급 AEC-Q101 표준의 1000-주기 요구 사항을 훨씬 초과합니다. 이러한 특성으로 인해 은 소결은 전기 자동차의 주 구동 전원 모듈 및 고신뢰성 항공우주 응용 분야에 선호되는 상호 연결 기술이 되었습니다.
II. 프로세스 과제 및 핵심 기술
은 소결의 중요한 장점에도 불구하고 공정 제어는 여러 가지 과제에 직면해 있습니다.
1. 소결 균일성 제어
Uniform sintering of large-area chips (>20×20mm)이 주요 과제입니다. 실버 페이스트의 유변학적 특성, 압력 전달의 균일성 및 온도 장 분포는 모두 최종 보이드 비율에 영향을 미칩니다.{3}} 칩 가장자리와 중앙 사이의 밀도 차이가 10%를 초과하면 열기계적 응력 집중이 발생하여 상호 연결 레이어의 피로 파괴가 가속화됩니다.
2. 인터페이스 금속화 레이어 매칭
칩의 후면 금속화 층(일반적으로 Ag, Al 또는 TiN)과 소결은 층 사이의 열팽창 계수(CTE) 차이는 공정 창을 통해 정밀하게 보상되어야 합니다. Ag/은 소결/Ni-Au-DBC 시스템을 예로 들면 CTE는 각각 17, 19 및 7ppm/도입니다. 인터페이스의 열 응력은 압력 곡선 최적화를 통해 완화되어야 합니다.
3. 보이드 비율 제어
업계에서는 일반적으로 무효율을 요구합니다.<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:
단계별-별-압력 부하: 저압 예열 후 고압-소결을 포함하는 2{2}}단계 압력 곡선입니다.
나노 은 페이스트 제제 최적화: 소결 활성화 에너지를 줄이고 치밀화 역학을 향상시킵니다.
온라인 X-Ray 검사: 100% X-Ray 무효율 감지, 프로세스 상태에 대한 실시간 피드백 제공-
4. 세라믹 기판의 시너지 효과
DBC(Direct Copper Clad) 및 AMB(Active Metal Brazing) 세라믹 기판과 은소결층 간의 인터페이스 매칭도 똑같이 중요합니다. 우수한 열팽창 매칭(CTE 약 2.5ppm/도)을 갖춘 AMB 실리콘 질화물 기판은 SiC 전력 모듈의 기존 AlN{2}}DBC 솔루션을 빠르게 대체하여 모듈 전원 사이클 수명을 향상시키고 있습니다.
III. PCBA의 최종 링크는{1}}전체-신뢰성을 보장합니다.
은 소결 공정은 칩에서 기판까지의 상호 연결 문제를 해결할 뿐만 아니라 전력 모듈 패키징 → PCBA 조립의 엔드{0}}신뢰도와도 관련이 있습니다.
SiC 전원 모듈이 소결 및 상호 연결을 완료한 후에는 PCB에 대한 전기적 연결, 열 관리 설계 및 기계적 고정을 모두 시스템-수준 신뢰성 측면에서 고려해야 합니다.
열 방출 설계: 은 소결층 아래에 효율적인 열 경로를 설계하여 칩 접합 온도에서 주변 온도까지 전체 열 저항 체인을 최적화해야 합니다.
기판 레이아웃: DBC/AMB 세라믹 기판과 PCB의 스택{0} 구조는 열역학적 시뮬레이션을 거쳐야 합니다.
납땜 공정 창: 모듈과 PCB의 리플로우 납땜 온도 프로파일은 은 소결층의 온도 제한과 일치해야 합니다.
콘크리트 코팅: 파워 모듈의 코팅 공정에서는 은층의 표면 호환성을 고려해야 합니다.
