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硅功率二极管上的液态浆料互连
Liquid Paste Interconnects on a Silicon Power Diode
| 作者 | Nick Baker · Francesco Iannuzzo · Szymon Bęczkowski |
| 期刊 | IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology |
| 出版日期 | 2025年7月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率半导体 液态金属 热机械应力 热机械寿命 热阻 |
语言:
中文摘要
目前最先进的功率半导体采用诸如引线键合、焊接和烧结等固态金属互连方式。热机械应力会使这些固态金属互连结构性能退化，是功率半导体失效的主要原因。本文展示了使用本质上能抵抗热机械应力的液态金属来封装硅功率二极管。制造过程在低于 80°C 的温度下进行。通过功率循环评估了热机械寿命，结果表明，与采用 SAC305 焊料和铝引线键合的二极管相比，其热机械寿命提高了 3.3 倍。此外，采用液态金属封装的二极管的热阻改善了 9%。液态金属的腐蚀和溢出被认为是失效模式。
English Abstract
State-of-the-art power semiconductors use solid metal interconnects such as wire-bonding, soldering, and sintering. Thermo-mechanical stress degrades these solid metal interconnects and is the main cause of failure in power semiconductors. This letter demonstrates the use of liquid-metals (LMs), which are inherently resistant to thermo-mechanical stress, to package a silicon power diode. The manufacturing process is performed below 80~^ C. The thermo-mechanical lifetime is assessed through power cycling and is shown to increase by factor of 3.3x in comparison to SAC305 solder and aluminum wirebonded diodes. In addition, the thermal resistance of LM packaged diodes shows a 9% improvement. Corrosion and pump out of the LM is thought to be the failure mode.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项液态金属互连技术在功率半导体封装领域具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体器件（如IGBT、SiC MOSFET等）是核心部件，其可靠性直接影响系统的使用寿命和维护成本。
该技术的核心价值在于显著提升热机械应力耐受能力。研究表明，液态金属封装使功率循环寿命提升3.3倍，这对阳光电源的产品竞争力具有直接意义。我们的逆变器和储能变流器在实际应用中面临频繁的温度循环和功率波动，传统焊接和铝线键合工艺的热疲劳失效一直是行业痛点。液态金属的自适应特性能够有效释放热应力，这与我们追求25年以上产品寿命的目标高度契合。
从技术成熟度评估，该技术仍处于实验室验证阶段。低于80°C的制造工艺温度是一个优势，但论文指出的腐蚀和液态金属泵出问题需要重点关注。对于阳光电源而言，需要评估液态金属在长期运行中的密封性、与现有封装材料的兼容性，以及在高湿、高温等恶劣环境下的稳定性。
应用机遇方面，该技术可优先在高可靠性要求的储能系统和工商业逆变器中试点。9%的热阻改善意味着更好的散热性能，可支持更高的功率密度设计，这对我们开发紧凑型产品具有积极意义。建议与科研机构合作，针对碳化硅器件进行适配性研究，并建立液态金属封装的长期可靠性评估体系，为未来产业化应用奠定基础。