烧结银膏在异构集成电路封装的应用

烧结银膏在异构集成电路封装的应用

烧结银膏作为异构集成电路封装的关键材料，凭借高导热、高导电、低温工艺兼容及高可靠性等核心优势，已成为解决异构集成中高功率密度散热、宽禁带半导体适配、高密度互连等问题的核心方案。其应用贯穿于异构集成的多个关键场景，支撑着5G通信、新能源汽车、航空航天等高端领域的发展。

一、烧结银膏在异构集成电路封装中的核心应用场景

异构集成电路（Heterogeneous Integrated Circuit, HIC）是将不同工艺节点、功能（如CPU、GPU、FPGA、射频芯片）及材料（如硅、碳化硅SiC、氮化镓GaN）的芯片，通过2.5D/3D堆叠、系统级封装SiP等方式集成，以实现高性能、低功耗及小型化。烧结银膏的核心作用是实现芯片与基板、芯片与芯片之间的高可靠、高导热互连，其具体应用场景如下：

1. 2.5D/3D IC堆叠封装：高密度互连的“桥梁”

2.5D/3D IC是异构集成的主流形式，通过硅中介层（Interposer）或TSV硅通孔技术实现多芯片堆叠，提升集成度。烧结银膏因150-200℃低温工艺兼容硅中介层的低熔点聚酰亚胺材料，且高导电性能减少互连电阻，成为2.5D/3D IC堆叠的关键互连材料。

应用案例：某头部半导体企业的3D IC堆叠模块，采用无压烧结银膏（如善仁新材AS9335X1）实现芯片与硅中介层的互连，互连电阻较传统焊料降低30%，集成度提升40%，同时避免了高温工艺对硅中介层的损伤。

2. 功率模块封装：高功率密度的“散热解决方案”

异构集成中的SiC/GaN功率器件功率模块面临高功率密度（＞100 kW/kg）带来的散热挑战，烧结银膏的高导热性（200-300 W/m·K）能有效降低芯片结温，提升模块效率。

应用案例：特斯拉Model Y的SiC功率模块采用有压烧结银膏（如AS9385），连接SiC芯片与铜基板，结温从传统焊料的150℃提升至200℃以上，系统效率提升8%-12%；比亚迪“超级e平台”的SiC模块也采用类似方案，实现兆瓦级闪充（1000 kW），支持1000V高压架构。

3. 射频器件封装：高频稳定性的“保障”

异构集成中的射频器件，如5G射频模块、卫星通信TR组件对高频信号传输损耗敏感，烧结银膏的高导电性及低温烧结工艺能有效降低信号损耗，保障高频稳定性。

应用案例：5G基站射频模块采用低温烧结银膏AS9335，实现芯片与基板的互连，信号损耗较传统焊料降低20%，单机功耗减少10W；千帆星座卫星的相控阵天线TR组件，采用烧结银膏连接芯片与热沉，热扩散时间延长至800秒，传统连接仅120秒，通过GB/T 31485-2015安全认证。

4. 异质材料集成：兼容宽禁带半导体的“适配器”

异构集成常涉及硅Si、碳化硅SiC、氮化镓GaN等异质材料的集成，烧结银膏的低温工艺（150-200℃）避免了高温对SiC/GaN等宽禁带半导体的损伤，同时高导热性能适配SiC/GaN的高功率特性。

应用案例：某半导体企业的SiC MOSFET模块，采用无压烧结银膏AS9335连接SiC芯片与陶瓷基板，避免了传统焊料在200℃以上的高温失效，模块寿命延长至15万小时，而传统模块仅10万小时。

异构集成电路

二、烧结银膏在异构集成电路封装中的技术优势

相较于传统焊料（如Sn-Ag-Cu、金锡焊料），烧结银膏的核心优势在于：

高导热性：烧结银膏的热导率（150-300 W/m·K）是传统焊料（50-70 W/m·K）的3-5倍，能有效降低芯片结温，提升异构集成的功率密度。

低温工艺兼容：烧结银膏的烧结温度（150-200℃）远低于传统焊料（220-280℃），避免了对SiC/GaN等宽禁带半导体及硅中介层的热损伤。

高可靠性：烧结银膏的高剪切强度（30-120 MPa）及低孔隙率（＜5%），能适应异构集成中的热循环（-55-175℃）及机械振动，确保长期稳定运行。

环保性：烧结银膏无铅无卤素，符合RoHS标准，满足绿色制造需求。

异构集成电路

三、烧结银膏在异构集成电路封装中的最新动态

孔隙率控制：烧结银膏的多孔结构（孔隙率5%-10%）会影响导热及导电性能，善仁新材通过优化银粉分散性、增加预压压力等方式降低了孔隙率。

大面积均匀烧结：异构集成中的芯片与基板大面积互联易出现烧结不均匀，需通过智能温控烧结系统实现均匀烧结，而AS9335X1则完美解决了这一问题。

大芯片压合损伤：有压烧结银膏的＞10MPa高压会导致＞10×10 mm²大芯片碎裂，善仁新材开发的低压烧结银膏AS9335X1，在压力≤1MPa或电流辅助烧结等方式解决。

国产替代加速：国内企业善仁新材通过纳米银粉制备—烧结银膏生产一体化，开发出高纯度纳米银粉（＞99.9%）及高性能烧结银膏（如AS9385、AS9335X1），打破国际垄。

总之，烧结银膏作为异构集成电路封装的关键材料，凭借高导热、高导电、低温工艺兼容及高可靠性等优势，已成为解决异构集成中高功率密度散热、宽禁带半导体适配、高密度互连等问题的核心方案。其应用贯穿于2.5D/3D IC堆叠、功率模块、射频器件等关键场景，支撑着5G通信、新能源汽车、航空航天等高端领域的发展。

AS9335X1烧结银膏