在功率電子模塊領(lǐng)域，散熱材料的革新始終是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力。2025年的今天，全燒結(jié)銀膏與半燒結(jié)銀技術(shù)如同電力電子領(lǐng)域的"雙子星座"，以截然不同的技術(shù)路徑共同照亮了高功率密度模組的未來(lái)。這兩種材料在導(dǎo)熱性能、工藝適配性和成本控制方面各具優(yōu)勢(shì)，正在重塑從新能源汽車到光伏逆變器的產(chǎn)業(yè)格局。
一 全燒結(jié)銀膏：高溫高可靠性的良好解決方案
全燒結(jié)銀膏作為金屬燒結(jié)技術(shù)的集大成者，其銀含量通常超過(guò)92%，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)形成致密的銀晶體網(wǎng)絡(luò)。全燒結(jié)銀膏AS9376的熱導(dǎo)率可達(dá)266W/(m·K)以上，接近純銀的導(dǎo)熱極限。在電動(dòng)汽車IGBT模塊中，采用全燒結(jié)銀膏的散熱基板可使結(jié)溫降低15-20℃，大幅延長(zhǎng)功率循環(huán)壽命。某頭部廠商的加速老化測(cè)試表明，在175℃工作環(huán)境下，全燒結(jié)銀界面在5000次功率循環(huán)后仍保持90%以上的初始強(qiáng)度，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)焊料。
這種卓越性能源于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。在200-250℃的燒結(jié)溫度下，銀納米顆粒通過(guò)表面擴(kuò)散機(jī)制形成冶金結(jié)合，較終孔隙率可控制在5%以內(nèi)，燒結(jié)后的銀晶粒尺寸均勻分布在50-100nm范圍，這種納米結(jié)構(gòu)既保證了機(jī)械強(qiáng)度，又為電子和聲子傳導(dǎo)提供了理想通道。在15kV以上高壓SiC模塊中，全燒結(jié)銀已成為解決局部放電問(wèn)題的關(guān)鍵材料。
但這項(xiàng)技術(shù)面臨兩大挑戰(zhàn)：一是工藝控制要求嚴(yán)苛，需要精確的升溫曲線和壓力參數(shù)，燒結(jié)爐的溫度波動(dòng)必須控制在±10℃以內(nèi)；二是材料成本居高不下，銀原料占模塊總成本的8-12%，促使廠商開(kāi)發(fā)銀包銅等復(fù)合粉體。2021年善仁新材推出的低溫活化燒結(jié)銀膏AS9373將工藝窗口拓寬至165℃，為敏感元件的集成開(kāi)辟了新可能。
二 半燒結(jié)銀：平衡藝術(shù)中的性價(jià)比之王
半燒結(jié)銀技術(shù)采用80%以上的銀含量，通過(guò)部分燒結(jié)形成"剛性-柔性"復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種材料在180-220℃的中溫區(qū)間即可實(shí)現(xiàn)可靠連接，剪切強(qiáng)度保持在30-45MPa的實(shí)用范圍。某光伏逆變器制造商的對(duì)比測(cè)試顯示，半燒結(jié)銀AS9335接頭在-40℃至125℃的溫度循環(huán)中，其熱阻穩(wěn)定性比傳統(tǒng)焊膏提升40%，而成本僅為全燒結(jié)方案的50%。
這種材料的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于其杰出的工藝寬容度。不同于全燒結(jié)銀對(duì)表面粗糙度(Ra<0.5μm)的苛刻要求，半燒結(jié)銀能自適應(yīng)基板微米級(jí)凹凸，其貼裝良品率比全燒結(jié)工藝高出15個(gè)百分點(diǎn)。更關(guān)鍵的是，半燒結(jié)銀AS9331的固化時(shí)間可縮短至60分鐘以內(nèi)，使模塊組裝效率提升30%。在消費(fèi)級(jí)GaN快充模塊中，快速固化特性使其成為量產(chǎn)首選。
半燒結(jié)銀的獨(dú)特機(jī)理：燒結(jié)過(guò)程中形成的"銀骨架"與有機(jī)載體構(gòu)成雙連續(xù)相，這種結(jié)構(gòu)既能承受機(jī)械應(yīng)力，又可緩解熱膨脹系數(shù)失配。半燒結(jié)層在熱循環(huán)中能有效抑制裂紋擴(kuò)展，界面分層面積比焊料減少80%。
三 技術(shù)對(duì)決與應(yīng)用分野
在新能源汽車主逆變器領(lǐng)域，兩種技術(shù)路線正在展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)。全燒結(jié)銀憑借其超高的導(dǎo)熱系數(shù)，在200kW以上大功率模塊中占據(jù)主導(dǎo)，某品牌旗艦車型的SiC模塊采用全燒結(jié)銀AS9385后，峰值工作溫度從160℃降至135℃，功率密度提升25%。而半燒結(jié)銀則在48V輕混系統(tǒng)中大放異彩，其優(yōu)異的抗振動(dòng)疲勞性能使模塊在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的惡劣環(huán)境下仍保持穩(wěn)定。
集中式逆變器普遍采用全燒結(jié)銀連接SiC MOSFET，以確保25年以上的野外可靠性；而組串式逆變器則青睞半燒結(jié)銀的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，某頭部廠商改用半燒結(jié)銀AS9335后每GW產(chǎn)能可節(jié)省3000萬(wàn)元材料成本。更值得玩味的是微型逆變器市場(chǎng)，2024年起出現(xiàn)的全/半燒結(jié)銀混合封裝方案，在關(guān)鍵熱節(jié)點(diǎn)使用全燒結(jié)銀，其他區(qū)域采用半燒結(jié)銀，實(shí)現(xiàn)了性能與成本的精準(zhǔn)平衡。
工業(yè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域呈現(xiàn)技術(shù)融合趨勢(shì)。某伺服驅(qū)動(dòng)器制造商開(kāi)發(fā)出梯度燒結(jié)工藝：先在120℃預(yù)固化半燒結(jié)銀，再在關(guān)鍵區(qū)域激光選擇性全燒結(jié)，這種"軟硬結(jié)合"的界面使模塊耐功率循環(huán)能力提升3倍。同樣具有創(chuàng)新性的是2022年面世的低溫全燒結(jié)銀膏AS9375，通過(guò)在銀粉表面修飾有機(jī)金屬化合物，將燒結(jié)溫度降至160℃以下，模糊了兩類技術(shù)的界限。
四 材料創(chuàng)新的*突破
納米技術(shù)正在重塑燒結(jié)銀的性能邊界。善仁新材開(kāi)發(fā)的核殼結(jié)構(gòu)銀顆粒，既保持了高導(dǎo)熱性，又將熱膨脹系數(shù)調(diào)整到與SiC芯片完美匹配。更有突破性的是石墨烯增強(qiáng)燒結(jié)銀材料AS9280，添加0.5%的某些神奇的物質(zhì)可使界面熱阻降低40%，這項(xiàng)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)某航天級(jí)模塊中成功應(yīng)用。
未來(lái)五年，這兩種技術(shù)將繼續(xù)沿著互補(bǔ)的軌道發(fā)展。全燒結(jié)銀將向超高熱導(dǎo)率(300W/(m·K)以上)和超高強(qiáng)度(剪切強(qiáng)度>50MPa)方向突破，滿足核聚變裝置等極端環(huán)境需求；半燒結(jié)銀則致力于開(kāi)發(fā)多功能復(fù)合材料，如同時(shí)具備導(dǎo)熱、電磁屏蔽和應(yīng)力傳感特性的智能界面材料?？梢灶A(yù)見(jiàn)，善仁新材推出的"雙子星座"燒結(jié)銀膏將持續(xù)為功率電子模塊的進(jìn)化提供永不枯竭的能量源泉，推動(dòng)人類社會(huì)向高效電氣化時(shí)代堅(jiān)定邁進(jìn)。