派恩杰半導體，中國第三代半導體功率器件的領先品牌，主營碳化硅MOSFET、碳化硅SBD和氮化鎵HEMT等功率器件產品。在新能源汽車、光伏儲能、白色家電、5G通訊等終端應用的發展下，SiC/GaN等第三代半導體材料水漲船高，成為時下特別火熱的發展領域之一。終端應用市場對于高效率、高功率密度、節能省耗的系統設計需求日益增強，與此同時，各國能效標準也不斷演進，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開關更快、導熱更好、低阻抗、更穩定等出色特性，正在不同的應用領域發光發熱。

特別在新能源汽車領域，隨著運行溫度和可靠性要求的提高，鋁線需要用具有較高導電率的銅線取代。與鋁線相比，在半導體器件上與Cu等較硬材料的線鍵合會產生更多的可靠性隱患。第一個困難是將硬銅鍵合線彎曲時產生的應力問題，如過小的弧度會導致鍵合線抬起導致脫落。其次，在銅線鍵合過程中，鍵合點處產生隱裂或彈坑，導致固有的損傷或缺陷。

近年來，賀利氏推出的DTS(die Top System)技術有效地解決了硬銅線鍵合的一些顧慮。它包含了在銅片上的預涂銀層，來保護芯片免受相對于鋁綁定線而言更高的鍵合力。它具有較高的可靠性和耐高溫性能，能夠提供穩定的焊接連接。同時，它將芯片電流產生的熱量均勻地分布到整個芯片表面，降低芯片局部溫度峰值，改善了電熱性能。

新型SiC車規模塊常見的有HPD、IPM、TPAK等封裝，以應用于電動車逆變器中，很多的動力控制公司和功率模塊制造廠商，為了提高可靠性，在汽車模塊中均或多或少的采用該技術。DTS技術與銀燒結結合應用對其可靠性有巨大的影響，用銀燒結劑代替焊料，用DTS燒結和銅線代替頂部鋁線，并在芯片表面金屬化鍍鎳鈀金，在極端條件下，結溫度至少降低了10K，壽命至少增加了10倍。

01 DTS技術提高功率模塊可靠性方面發揮的關鍵作用

①.保護敏感芯片：DTS技術通過在銅箔上預先涂覆銀燒結膏，可以保護敏感半導體芯片的頂部。這有助于避免在銅線鍵合過程中對芯片造成損壞。

②.熱量均勻分布：DTS技術可以使電流通過半導體器件時產生的熱量均勻分布在整個芯片表面上，減少局部溫度峰值。這有助于提高功率模塊的熱電行為。

③.降低溫度：通過使用DTS技術和銀燒結替代傳統的焊接和鋁線鍵合，可以降低連接處的溫度。這有助于減少模塊在極端條件下的溫度，從而提高模塊的壽命。

④.減少故障機制：DTS系統的應用可以減少焊接接頭和鋁鍵合線出現裂紋和退化的故障機制。相比之下，模塊配備DTS的銀燒結層在芯片背面顯示出更少的退化效應。

02 銀燒結技術相較于傳統錫基軟焊料具有以下優勢

①.高溫穩定性：銀燒結技術在高溫環境下具有更高的穩定性。傳統的錫基軟焊料在高溫下會出現機械不穩定性，而銀燒結技術能夠在更高的溫度下保持穩定性。

②.可靠性：銀燒結技術提供了更高的可靠性，特別是在要求高溫操作的場景下。銀燒結接頭的熔點通常至少比軟焊料高四倍，且在高溫環境下運行時不會產生應力或退化。

③.熱導率：銀具有較高的熱導率，使得銀燒結接頭在熱傳導方面表現優異。通過在接頭中使用薄薄的銀層，可以實現理想的堆疊結構，從而降低熱阻。

03 高溫下鍵合技術需要考慮以下幾個關鍵因素

①.溫度穩定性：選擇的連接技術必須具有良好的溫度穩定性，能夠在高溫環境下保持連接的可靠性和性能。例如，銀燒結技術相對于傳統的軟焊料在高溫下具有更好的穩定性。

②.熱導率：連接技術的熱導率也是一個重要考慮因素。高熱導率的連接技術可以幫助有效地傳導熱量，減少局部溫度峰值，提高系統的熱管理性能。

③.材料兼容性：連接技術必須與被連接的材料兼容。例如，對于硬銅線鍵合到傳統的鋁金屬化表面，需要考慮材料之間的兼容性以避免損壞。

④.可靠性：連接技術必須具有高可靠性，能夠在長期高溫運行下保持連接的穩定性和性能。通過選擇可靠的連接技術可以降低系統故障的風險。

⑤.成本效益：除了技術性能外，成本效益也是一個重要考慮因素。選擇適合高溫要求的連接技術時，需要綜合考慮其性能、可靠性和成本之間的平衡。

04 DTS技術仍存在的技術挑戰

①.界面粘附強度不足：DTS技術中的界面粘附強度可能不足以承受長期的電熱應力，導致界面剝離和失效。

②.CTE不匹配問題： 不同材料的熱膨脹系數(CTE)不匹配可能導致應力集中和裂紋形成，影響模塊的可靠性。

③.電流不平衡： 不同區域中DTS的退化速率不一致可能導致電流不平衡，進而影響模塊的穩定性和可靠性。

05 DTS技術未來的解決方案

①.優化界面設計： 加強DTS技術中各界面的粘附強度，可以通過改進材料選擇、表面處理或界面設計來提高界面的穩定性。

②.優化材料選擇： 選擇CTE匹配性更好的材料，或通過調整材料的厚度和性質來減少熱應力，提高模塊的耐久性。

③.電流均衡設計： 設計更均衡的電路結構，確保不同區域中的電流分布更均勻，可以減少電流不平衡帶來的問題。

④.工藝改進： 完善制造工藝，提高DTS技術的穩定性和可靠性，例如優化焊接工藝、提高材料質量等。

半導體技術的進步，特別是碳化硅，產生了具有高功率密度的器件，并允許器件在明顯更高的結溫度下運行。互連技術在設備和組件的不間斷運行中起著重要的作用。以DTS技術和銅線鍵合的功率模塊，可作為新一代基于碳化硅的高功率模塊提供有效的技術支持。

派恩杰致力于碳化硅功率器件國產替代，專注于技術創新和產品研發，就目前存在的技術挑戰，派恩杰仍會堅持鉆研攻克，完成優化設計，提高產品質量。派恩杰半導體功率模塊產品不僅符合車規級標準，產品上車裝機量更是突破了100W+，目前，派恩杰半導體在650V、1200V、1700V三個電壓平臺已發布100余款不同型號的碳化硅二極管、碳化硅MOSFET、碳化硅功率模塊和GaN HEMT產品，量產產品已在電動汽車、IT設備電源、光伏逆變器、儲能系統、工業應用等領域廣泛使用，為各個應用領域頭部客戶持續穩定供貨，且產品質量與供應能力得到客戶的廣泛認可。未來，我們也希望能夠和業內更多同仁進行多方位的技術交流并保持友好合作!

第三代寬禁帶半導體材料前沿技術探討交流平臺，幫助工程師了解SiC/GaN全球技術發展趨勢。所有內容都是SiC/GaN功率器件供應商派恩杰創始人黃興博士原創或推薦的。

第三代寬禁帶半導體材料前沿技術探討交流平臺，幫助工程師了解SiC/GaN全球技術發展趨勢。所有內容都是SiC/GN功率器件供應商派恩杰半導體創始人黃興博士和派恩杰工程師原創。

黃興博士

派恩杰 總裁 &技術總監

師承IGBT發明者Dr. B.Jayant Baliga與發射極關斷晶閘管發明者Dr.Alex Q.Huang。2018年創建派恩杰半導體(杭州)有限公司，領導派恩杰成為全球第一家量產元胞尺寸小于5μm的平面柵碳化硅MOSFET供應商，獲得國際新能源龍頭企業認可并收獲直供訂單，完成數億元融資。黃興博士著有10余篇科技論文，超350次引用，并擁有40余項專利，是碳化硅研發及應用領域的資深專家。

派恩杰半導體

成立于2018年9月的第三代半導體功率器件設計和方案商，國際標準委員會JC-70會議的主要成員之一，參與制定寬禁帶半導體功率器件國際標準。發布了100余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT功率器件，其中SiC MOSFET芯片已大規模導入國產新能源整車廠和Tier 1，其余產品廣泛用于大數據中心、超級計算與區塊鏈、5G通信基站、儲能/充電樁、微型光伏、城際高速鐵路和城際軌道交通、家用電器以及特高壓、航空航天、工業特種電源、UPS、電機驅動等領域。