烧结银膏：开启半导体封装新时代的“秘密武器”

烧结银膏

07-22 15:10

前言

半导体封装技术的发展，宛如一部波澜壮阔的科技史诗，从早期简单的保护芯片，逐步演变为影响芯片性能的关键因素。

早期，半导体芯片主要采用双列直插式封装（DIP），这种封装形式的芯片有两排引脚，可直接插在电路板上进行焊接，其优点是易于安装和拆卸，但缺点也很明显，如体积大、引脚间距大，限制了芯片的集成度和性能提升。随着科技的进步，表面贴装技术（SMT）应运而生，QFP（四方扁平封装）、BGA（球栅阵列封装）等封装形式逐渐兴起。QFP 封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，能有效减小封装体积；BGA 则通过在封装底部布置球形引脚，进一步提高了引脚数量和电气性能。进入 21 世纪，半导体技术持续飞速发展，对封装技术提出了更高要求。在人工智能、大数据、物联网、5G 通信等新兴领域，芯片需要处理海量数据，运行复杂算法，这就要求芯片不仅要具备更高的计算速度和存储容量，还要能在更小的空间内实现这些功能，同时确保良好的散热性能。然而，传统封装技术在面对这些挑战时，逐渐显得力不从心。传统的焊料合金由于熔点低、导热性差，在高功率器件封装及其高温应用中，难以有效将器件工作时产生的热量散发出去，导致芯片工作温度过高，进而影响芯片的性能和可靠性。而且，随着芯片集成度的不断提高，引脚数量大幅增加，传统封装的引脚间距难以进一步缩小，信号传输的延迟和干扰问题也愈发严重，成为制约芯片性能提升的瓶颈。在这样的背景下，烧结银技术作为一种新型的高可靠性连接技术，逐渐走进人们的视野，为半导体封装领域带来了新的希望。一烧结银膏“黑科技” 揭秘（一）烧结银膏是什么烧结银膏，作为近年来在电子领域备受瞩目的 “黑科技”，是一种利用银粉或银膏等含银材料，在特定条件下进行烧结，从而实现材料连接或形成特定功能结构的技术。其中，纳米烧结银膏因银粉颗粒达到纳米级别，具备更独特的性能和应用优势，成为了研究和应用的热点。在烧结过程中，主要存在两种机制共同作用。固态扩散机制是其核心，当温度升高到一定程度，银原子获得足够的能量开始活跃。以纳米银颗粒为例，在低温烧结银技术中，纳米银颗粒之间通过原子的扩散作用逐渐形成连接。在烧结初期，银粉颗粒之间先是通过点接触开始形成烧结颈，随着原子不断扩散，颗粒间距离缩小，表面自由能降低，颈部逐渐长大变粗并形成晶界，晶界滑移带动晶粒生长，坯体中的颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小。在烧结中期，颗粒和颗粒开始形成致密化连接，扩散机制包括表面扩散、表面晶格扩散、晶界扩散和晶界晶格扩散等，颗粒间的颈部继续长大，晶粒逐步长大并且颗粒之间的晶界逐渐形成连续网络，气孔相互孤立，并逐渐形成球形，位于晶粒界面处或晶粒结合点处。到了烧结后期，由于晶界滑移导致的颗粒聚合特别迅速，使得颗粒间的致密化程度进一步提高，最终形成致密的金属结构。（二）烧结银膏的特性优势

1 高导电性：银本身就是自然界中导电性能极为出色的金属，而烧结银完美继承了这一特性。经过烧结后形成的银相，其电导率与纯银相近，能够确保电流在电子设备中高效传输。以功率模块为例，高导电性的烧结银连接层可以显著提高传导电流的效率，降低芯片的工作温度，进而提高整个模块的工作效率和可靠性。在 5G 基站的射频前端模块中，使用烧结银膏AS9335作为连接材料，能够有效降低信号传输过程中的电阻损耗，提高信号的传输质量和速度，保障 5G 网络的高速稳定运行。

2 良好的热导性：与高导电性类似，银的高导热性使得烧结银成为电子设备热管理的理想材料。在射频通讯设备、大功率 LED 等工作时会产生大量热量的器件中，纳米烧结银高AS9331优良的导热性能可将设备内部的热量迅速导出，保持温度稳定。比如在一些高端 LED 照明产品中，采用烧结银技术将 LED 芯片与散热器连接，能够快速将芯片产生的热量传递到散热器上，有效降低芯片的工作温度，延长 LED 的使用寿命，同时提高发光效率。

3 高熔点与高可靠性：银的熔点高达 961℃，远高于传统焊料。这使得烧结银膏在高温环境下不易熔化或产生疲劳效应，具有极高的可靠性。在高温、高湿等极端条件下，烧结银制成的连接部位依然能够稳定运行。以新能源汽车的车载电子系统为例，车辆在行驶过程中，电子设备会面临各种复杂的工况，包括高温、振动等，烧结银连接的功率模块、传感器等部件能够在这样的环境下长期稳定工作，减少故障发生概率，保障汽车的安全行驶。

4 优异的机械性能：烧结银膏具有良好的延展性和机械强度，能够适应各种复杂的封装结构和工艺要求。在大功率射频空腔器件等产品的封装中，纳米烧结银膏AS9335X1凭借其良好的机械性能，可为射频元器件提供高可靠性的电气连接，保证产品在振动、冲击等机械应力环境下依然能够正常工作。例如在航空航天领域，电子设备会受到强烈的振动和冲击，烧结银的优异机械性能使其能够满足航空航天设备对电子封装材料的严苛要求。

5 低温烧结优势（部分类型）：低温烧结银膏AS9338可以在130°C下进行烧结的银基材料，通常包含银粉和有机载体。与传统的高温烧结银相比，其能够在更低的温度下实现良好的电导性和热导性。低温烧结过程不仅减少了能源消耗和生产成本，还降低了对芯片和器件的热损伤，特别适合精密电子元件的封装。在智能手机等小型化电子设备的芯片封装中，采用低温烧结银技术，可以在不损坏芯片的前提下，实现芯片与基板的可靠连接，提高设备的集成度和性能。

AS9335X烧结银膏用于半导体封装二烧结银膏如重塑半导体封装产业链（一）在半导体封装中的关键作用在半导体封装领域，烧结银膏技术宛如一把神奇的钥匙，开启了通往高性能、高可靠性封装的大门。它主要用于实现封装器件与基板之间的可靠连接，如同桥梁一般，确保电子信号和热量能够在器件与基板之间高效传递。在芯片与基板的连接中，烧结银通过特殊的烧结工艺，形成紧密的物理和化学结合，使得芯片能够稳定地工作。这种连接方式极大地提高了产品的稳定性和可靠性，有效降低了因连接不良而导致的故障风险。在汽车电子等对可靠性要求极高的领域，采用烧结银连接的芯片能够在复杂的环境下长时间稳定运行，减少了汽车行驶过程中电子系统出现故障的概率。同时，烧结银膏技术还为实现更高的集成度和更小的功耗做出了重要贡献。随着半导体技术向小型化、高性能化方向发展，对封装材料的要求也越来越高。烧结银凭借其高导电性和良好的热导性，能够在减小器件尺寸和重量的同时，保证电子信号的快速传输和热量的有效散发。这使得芯片在更小的空间内也能实现高效运行，为实现更高的集成度创造了条件。例如在智能手机等便携式电子设备中，使用烧结银封装技术可以在有限的空间内集成更多的功能模块，提升设备的性能，同时降低功耗，延长电池续航时间。（二）具体应用领域及案例

1 新能源汽车：在新能源汽车这个蓬勃发展的领域，烧结银技术的应用可谓是大放异彩。在新能源汽车的逆变器中，有压烧结银AS9385发挥着关键作用。逆变器作为将电池直流电转换为交流电驱动电机的核心部件，工作时会产生大量热量，对连接材料的导热性和可靠性要求极高。以比亚迪某款新能源汽车为例，其逆变器采用了烧结银技术，将 IGBT 芯片与基板连接起来。由于烧结银具有高导热性，能够迅速将 IGBT 芯片产生的热量传导出去，有效降低了芯片的工作温度，提高了逆变器的效率和可靠性。相比传统的焊接材料，采用烧结银连接的逆变器，其热阻降低了约 30%，使得芯片的工作温度降低了 10℃ - 15℃，从而大大延长了逆变器的使用寿命，减少了维护成本。

在电池管理系统（BMS）中，烧结银同样不可或缺。BMS 负责监控电池的状态，如电压、电流、温度等，确保电池的安全和高效运行。特斯拉的某款电动汽车，在 BMS 的传感器与电路板连接部分采用了烧结银技术。烧结银的高导电性保证了传感器信号能够快速、准确地传输到电路板上，实现对电池状态的实时监测。同时，其良好的机械性能和高可靠性，使得连接部位能够在车辆行驶过程中，承受各种振动和冲击，确保 BMS 的稳定工作，为新能源汽车的安全行驶提供了有力保障。

2 通信领域：5G 通信技术的飞速发展，对通信设备的性能提出了前所未有的挑战，而烧结银技术成为了应对这些挑战的关键力量。在 5G 基站的射频模块中，无压烧结银膏AS9335X1技术被广泛应用。5G 通信的高频、高速信号传输特性，要求射频模块的连接材料具备极低的电阻和信号损耗，以及良好的散热性能。华为的 5G 基站射频模块采用了烧结银作为芯片与基板的连接材料。烧结银的高导电性使得信号在传输过程中的电阻损耗大幅降低，提高了信号的传输质量和速度。同时，其出色的导热性能够及时将射频芯片工作时产生的热量散发出去，保证了芯片在高温环境下的稳定运行。实验数据表明，采用烧结银连接的 5G 基站射频模块，信号传输损耗降低了约 20%，工作温度降低了 8℃ - 10℃，有效提升了 5G 基站的性能和覆盖范围。

在 5G 手机等终端设备中，烧结银也发挥着重要作用。随着 5G 手机功能的不断增强，其内部芯片的集成度越来越高，对散热和电气连接的要求也更加严格。三星的某款 5G 手机，在芯片封装中使用了烧结银技术。烧结银不仅实现了芯片与基板的可靠连接，还通过高效的导热性能，将芯片产生的热量迅速传导到手机的散热结构中，有效解决了 5G 手机发热严重的问题，提升了用户体验。同时，其高导电性确保了手机内部信号的快速传输，保证了 5G 网络的高速稳定连接。

3 人工智能与数据中心：在人工智能和数据中心领域，芯片需要处理海量的数据，对算力和数据处理能力的要求极高，而烧结银技术为满足这些需求提供了有力支持。在 AI 芯片中，如英伟达的高端 GPU 芯片，烧结银膏技术被用于芯片的封装和散热。AI 芯片在运行复杂的神经网络算法时，会产生巨大的热量，如果不能及时散热，芯片性能将受到严重影响。烧结银的高导热性使得它能够将芯片产生的热量快速传导到散热器上，保持芯片在适宜的温度范围内工作。同时，其高导电性确保了芯片内部各模块之间的信号快速传输，提高了芯片的运算速度和效率。采用烧结银封装的 AI 芯片，其算力密度相比传统封装提高了约 20%，能够更加高效地处理人工智能任务。

烧结银膏用于CPU散热在数据中心的服务器中，烧结银膏同样发挥着关键作用。数据中心需要处理大量的数据请求，服务器的 CPU、内存等核心部件需要具备高效的散热和稳定的电气连接。谷歌的数据中心服务器，在 CPU 与散热片的连接以及内存模块的封装中采用了烧结银技术。烧结银膏良好的导热性使得 CPU 产生的热量能够迅速散发，降低了服务器的整体温度，提高了服务器的稳定性和可靠性。同时，其高可靠性的连接性能保证了内存模块在长时间运行过程中的数据传输稳定性，提升了数据中心的数据处理能力和响应速度。三挑战与突破（一）当前面临的挑战

1 工艺控制难度高：烧结银技术虽然优势显著，但在实际应用中，工艺控制难度较大。有压烧结银膏的烧结温度、压力、时间等参数的精确匹配至关重要，这些参数的微小变化都可能对烧结银的性能产生重大影响。在烧结温度方面，如果温度过低，银粉无法充分扩散融合，导致烧结体的致密度和导电性不佳；而温度过高，则可能使银粉过度烧结，产生晶粒长大、空洞等缺陷，同样会降低烧结体的性能。压力控制也不容忽视，压力过小，银粉之间的接触不够紧密，影响烧结体的强度；压力过大，又可能对芯片等器件造成损伤。此外，烧结时间的长短也会影响烧结体的质量，时间过短，烧结过程不完全，时间过长则可能导致生产效率低下。目前，行业内对于这些工艺参数的研究还不够深入，缺乏统一的标准和规范，这给企业在实际生产中带来了很大的困扰。建立标准化的工艺数据库，深入研究工艺参数对烧结银性能的影响规律，成为了行业亟待解决的问题。

2 供应链安全风险得以解决：纳米银膏作为功率器件的关键原材料，目前高度依赖进口。美国Alpha 在全球纳米烧结银市场占据了较大份额，好消息就是：善仁新材作为全球唯二的可以和美国Alpha进行抗衡的企业，公司可以完成从纳米银制备，纳米银膏配方研发，银膏生产的企业。这样就解决了我国烧结银产业面临着较大的供应链安全风险问题。一旦国际形势发生变化，或者供应商出现问题，纳米银膏的供应就不会受到限制，从而不会影响我国烧结银产业的正常发展。

3 成本竞争力不足：当前，烧结银材料的成本较高，这在一定程度上限制了其大规模应用。据相关数据显示，烧结银材料成本是传统焊料的 20-50倍。银本身是一种相对昂贵的金属，其价格波动对烧结银材料的成本影响较大。纳米银粉的制备工艺复杂，生产效率较低，进一步增加了烧结银材料的成本。此外，烧结银技术的应用还需要配套的设备和工艺，这也会增加企业的生产成本。为了提高烧结银材料的成本竞争力，需要通过规模化生产和技术创新来降低成本。企业可以通过扩大生产规模，提高生产效率，降低单位产品的生产成本。同时，加强技术创新，研发新的制备工艺和材料，降低对银的依赖，也是降低成本的重要途径。

未来展望展望未来，烧结银膏技术在半导体封装领域的前景一片光明。随着 5G、人工智能、物联网、新能源汽车等新兴产业的持续高速发展，对半导体器件的性能和可靠性提出了更高的要求，烧结银膏技术凭借其卓越的性能优势，必将在这些领域发挥更为关键的作用。在 5G 通信领域，随着 5G 网络的不断普及和升级，对基站和终端设备的性能要求也越来越高。烧结银技术将继续助力 5G 通信设备提升信号传输效率和散热性能，推动 5G 通信技术向更高频段、更大带宽、更低延迟的方向发展。在人工智能和大数据领域，随着算力需求的不断增长，芯片的性能和可靠性成为关键。烧结银技术将为 AI 芯片和数据中心服务器提供更高效的散热和电气连接解决方案，促进人工智能和大数据技术的快速发展。在新能源汽车领域，随着电动汽车市场的不断扩大和续航里程要求的提高，对电池管理系统和逆变器等关键部件的性能和可靠性提出了更高的挑战。烧结银技术将在新能源汽车的电力电子系统中得到更广泛的应用，提升新能源汽车的性能和安全性。同时，随着技术的不断进步和创新，烧结银技术自身也将不断完善和发展。工艺控制将更加精准，成本将进一步降低，供应链安全将得到有效保障。相信在不久的将来，烧结银技术将彻底重塑半导体封装产业链，引领半导体行业迈向一个全新的高度，为人类社会的科技进步和经济发展做出更大的贡献。 500