燒結銀膏：開啓半導體封裝新時代的“秘密武器”_風聞

燒結銀膏：開啓半導體封裝新時代的“秘密武器”

前言

半導體封裝技術的發展，宛如一部波瀾壯闊的科技史詩，從早期簡單的保護芯片，逐步演變為影響芯片性能的關鍵因素。

早期，半導體芯片主要採用雙列直插式封裝（DIP），這種封裝形式的芯片有兩排引腳，可直接插在電路板上進行焊接 ，其優點是易於安裝和拆卸，但缺點也很明顯，如體積大、引腳間距大，限制了芯片的集成度和性能提升。隨着科技的進步，表面貼裝技術（SMT）應運而生，QFP（四方扁平封裝）、BGA（球柵陣列封裝）等封裝形式逐漸興起。QFP 封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，能有效減小封裝體積；BGA 則通過在封裝底部佈置球形引腳，進一步提高了引腳數量和電氣性能 。進入 21 世紀，半導體技術持續飛速發展，對封裝技術提出了更高要求。在人工智能、大數據、物聯網、5G 通信等新興領域，芯片需要處理海量數據，運行復雜算法，這就要求芯片不僅要具備更高的計算速度和存儲容量，還要能在更小的空間內實現這些功能，同時確保良好的散熱性能。然而，傳統封裝技術在面對這些挑戰時，逐漸顯得力不從心。傳統的焊料合金由於熔點低、導熱性差，在高功率器件封裝及其高温應用中，難以有效將器件工作時產生的熱量散發出去，導致芯片工作温度過高，進而影響芯片的性能和可靠性 。而且，隨着芯片集成度的不斷提高，引腳數量大幅增加，傳統封裝的引腳間距難以進一步縮小，信號傳輸的延遲和干擾問題也愈發嚴重，成為制約芯片性能提升的瓶頸。在這樣的背景下，燒結銀技術作為一種新型的高可靠性連接技術，逐漸走進人們的視野，為半導體封裝領域帶來了新的希望。一 燒結銀膏“黑科技” 揭秘（一）燒結銀膏是什麼燒結銀膏，作為近年來在電子領域備受矚目的 “黑科技”，是一種利用銀粉或銀膏等含銀材料，在特定條件下進行燒結，從而實現材料連接或形成特定功能結構的技術 。其中，納米燒結銀膏因銀粉顆粒達到納米級別，具備更獨特的性能和應用優勢，成為了研究和應用的熱點。在燒結過程中，主要存在兩種機制共同作用。固態擴散機制是其核心，當温度升高到一定程度，銀原子獲得足夠的能量開始活躍。以納米銀顆粒為例，在低温燒結銀技術中，納米銀顆粒之間通過原子的擴散作用逐漸形成連接 。在燒結初期，銀粉顆粒之間先是通過點接觸開始形成燒結頸，隨着原子不斷擴散，顆粒間距離縮小，表面自由能降低，頸部逐漸長大變粗並形成晶界，晶界滑移帶動晶粒生長，坯體中的顆粒重排，接觸處產生鍵合，空隙變形、縮小。在燒結中期，顆粒和顆粒開始形成緻密化連接，擴散機制包括表面擴散、表面晶格擴散、晶界擴散和晶界晶格擴散等，顆粒間的頸部繼續長大，晶粒逐步長大並且顆粒之間的晶界逐漸形成連續網絡，氣孔相互孤立，並逐漸形成球形，位於晶粒界面處或晶粒結合點處。到了燒結後期，由於晶界滑移導致的顆粒聚合特別迅速，使得顆粒間的緻密化程度進一步提高，最終形成緻密的金屬結構。（二）燒結銀膏的特性優勢1 高導電性：銀本身就是自然界中導電性能極為出色的金屬，而燒結銀完美繼承了這一特性。經過燒結後形成的銀相，其電導率與純銀相近，能夠確保電流在電子設備中高效傳輸 。以功率模塊為例，高導電性的燒結銀連接層可以顯著提高傳導電流的效率，降低芯片的工作温度，進而提高整個模塊的工作效率和可靠性。在 5G 基站的射頻前端模塊中，使用燒結銀膏AS9335作為連接材料，能夠有效降低信號傳輸過程中的電阻損耗，提高信號的傳輸質量和速度，保障 5G 網絡的高速穩定運行 。

2 良好的熱導性：與高導電性類似，銀的高導熱性使得燒結銀成為電子設備熱管理的理想材料。在射頻通訊設備、大功率 LED 等工作時會產生大量熱量的器件中，納米燒結銀高AS9331優良的導熱性能可將設備內部的熱量迅速導出，保持温度穩定。比如在一些高端 LED 照明產品中，採用燒結銀技術將 LED 芯片與散熱器連接，能夠快速將芯片產生的熱量傳遞到散熱器上，有效降低芯片的工作温度，延長 LED 的使用壽命，同時提高發光效率 。

3 高熔點與高可靠性：銀的熔點高達 961℃，遠高於傳統焊料。這使得燒結銀膏在高温環境下不易熔化或產生疲勞效應，具有極高的可靠性 。在高温、高濕等極端條件下，燒結銀製成的連接部位依然能夠穩定運行。以新能源汽車的車載電子系統為例，車輛在行駛過程中，電子設備會面臨各種複雜的工況，包括高温、振動等，燒結銀連接的功率模塊、傳感器等部件能夠在這樣的環境下長期穩定工作，減少故障發生概率，保障汽車的安全行駛 。

4 優異的機械性能：燒結銀膏具有良好的延展性和機械強度，能夠適應各種複雜的封裝結構和工藝要求。在大功率射頻空腔器件等產品的封裝中，納米燒結銀膏AS9335X1憑藉其良好的機械性能，可為射頻元器件提供高可靠性的電氣連接，保證產品在振動、衝擊等機械應力環境下依然能夠正常工作。例如在航空航天領域，電子設備會受到強烈的振動和衝擊，燒結銀的優異機械性能使其能夠滿足航空航天設備對電子封裝材料的嚴苛要求 。

5 低温燒結優勢（部分類型）：低温燒結銀膏AS9338可以在130°C下進行燒結的銀基材料，通常包含銀粉和有機載體。與傳統的高温燒結銀相比，其能夠在更低的温度下實現良好的電導性和熱導性。低温燒結過程不僅減少了能源消耗和生產成本，還降低了對芯片和器件的熱損傷，特別適合精密電子元件的封裝。在智能手機等小型化電子設備的芯片封裝中，採用低温燒結銀技術，可以在不損壞芯片的前提下，實現芯片與基板的可靠連接，提高設備的集成度和性能 。

AS9335X燒結銀膏用於半導體封裝二 燒結銀膏如重塑半導體封裝產業鏈（一）在半導體封裝中的關鍵作用在半導體封裝領域，燒結銀膏技術宛如一把神奇的鑰匙，開啓了通往高性能、高可靠性封裝的大門。它主要用於實現封裝器件與基板之間的可靠連接，如同橋樑一般，確保電子信號和熱量能夠在器件與基板之間高效傳遞 。在芯片與基板的連接中，燒結銀通過特殊的燒結工藝，形成緊密的物理和化學結合，使得芯片能夠穩定地工作。這種連接方式極大地提高了產品的穩定性和可靠性，有效降低了因連接不良而導致的故障風險 。在汽車電子等對可靠性要求極高的領域，採用燒結銀連接的芯片能夠在複雜的環境下長時間穩定運行，減少了汽車行駛過程中電子系統出現故障的概率。同時，燒結銀膏技術還為實現更高的集成度和更小的功耗做出了重要貢獻。隨着半導體技術向小型化、高性能化方向發展，對封裝材料的要求也越來越高。燒結銀憑藉其高導電性和良好的熱導性，能夠在減小器件尺寸和重量的同時，保證電子信號的快速傳輸和熱量的有效散發 。這使得芯片在更小的空間內也能實現高效運行，為實現更高的集成度創造了條件。例如在智能手機等便攜式電子設備中，使用燒結銀封裝技術可以在有限的空間內集成更多的功能模塊，提升設備的性能，同時降低功耗，延長電池續航時間 。（二）具體應用領域及案例1 新能源汽車：在新能源汽車這個蓬勃發展的領域，燒結銀技術的應用可謂是大放異彩。在新能源汽車的逆變器中，有壓燒結銀AS9385發揮着關鍵作用。逆變器作為將電池直流電轉換為交流電驅動電機的核心部件，工作時會產生大量熱量，對連接材料的導熱性和可靠性要求極高 。以比亞迪某款新能源汽車為例，其逆變器採用了燒結銀技術，將 IGBT 芯片與基板連接起來。由於燒結銀具有高導熱性，能夠迅速將 IGBT 芯片產生的熱量傳導出去，有效降低了芯片的工作温度，提高了逆變器的效率和可靠性 。相比傳統的焊接材料，採用燒結銀連接的逆變器，其熱阻降低了約 30%，使得芯片的工作温度降低了 10℃ - 15℃，從而大大延長了逆變器的使用壽命，減少了維護成本 。

在電池管理系統（BMS）中，燒結銀同樣不可或缺。BMS 負責監控電池的狀態，如電壓、電流、温度等，確保電池的安全和高效運行 。特斯拉的某款電動汽車，在 BMS 的傳感器與電路板連接部分採用了燒結銀技術。燒結銀的高導電性保證了傳感器信號能夠快速、準確地傳輸到電路板上，實現對電池狀態的即時監測 。同時，其良好的機械性能和高可靠性，使得連接部位能夠在車輛行駛過程中，承受各種振動和衝擊，確保 BMS 的穩定工作，為新能源汽車的安全行駛提供了有力保障 。2 通信領域：5G 通信技術的飛速發展，對通信設備的性能提出了前所未有的挑戰，而燒結銀技術成為了應對這些挑戰的關鍵力量。在 5G 基站的射頻模塊中，無壓燒結銀膏AS9335X1技術被廣泛應用。5G 通信的高頻、高速信號傳輸特性，要求射頻模塊的連接材料具備極低的電阻和信號損耗，以及良好的散熱性能 。華為的 5G 基站射頻模塊採用了燒結銀作為芯片與基板的連接材料。燒結銀的高導電性使得信號在傳輸過程中的電阻損耗大幅降低，提高了信號的傳輸質量和速度 。同時，其出色的導熱性能夠及時將射頻芯片工作時產生的熱量散發出去，保證了芯片在高温環境下的穩定運行 。實驗數據表明，採用燒結銀連接的 5G 基站射頻模塊，信號傳輸損耗降低了約 20%，工作温度降低了 8℃ - 10℃，有效提升了 5G 基站的性能和覆蓋範圍 。

在 5G 手機等終端設備中，燒結銀也發揮着重要作用。隨着 5G 手機功能的不斷增強，其內部芯片的集成度越來越高，對散熱和電氣連接的要求也更加嚴格 。三星的某款 5G 手機，在芯片封裝中使用了燒結銀技術。燒結銀不僅實現了芯片與基板的可靠連接，還通過高效的導熱性能，將芯片產生的熱量迅速傳導到手機的散熱結構中，有效解決了 5G 手機發熱嚴重的問題，提升了用户體驗 。同時，其高導電性確保了手機內部信號的快速傳輸，保證了 5G 網絡的高速穩定連接 。3 人工智能與數據中心：在人工智能和數據中心領域，芯片需要處理海量的數據，對算力和數據處理能力的要求極高，而燒結銀技術為滿足這些需求提供了有力支持。在 AI 芯片中，如英偉達的高端 GPU 芯片，燒結銀膏技術被用於芯片的封裝和散熱 。AI 芯片在運行復雜的神經網絡算法時，會產生巨大的熱量，如果不能及時散熱，芯片性能將受到嚴重影響 。燒結銀的高導熱性使得它能夠將芯片產生的熱量快速傳導到散熱器上，保持芯片在適宜的温度範圍內工作 。同時，其高導電性確保了芯片內部各模塊之間的信號快速傳輸，提高了芯片的運算速度和效率 。採用燒結銀封裝的 AI 芯片，其算力密度相比傳統封裝提高了約 20%，能夠更加高效地處理人工智能任務 。

燒結銀膏用於CPU散熱在數據中心的服務器中，燒結銀膏同樣發揮着關鍵作用。數據中心需要處理大量的數據請求，服務器的 CPU、內存等核心部件需要具備高效的散熱和穩定的電氣連接 。谷歌的數據中心服務器，在 CPU 與散熱片的連接以及內存模塊的封裝中採用了燒結銀技術 。燒結銀膏良好的導熱性使得 CPU 產生的熱量能夠迅速散發，降低了服務器的整體温度，提高了服務器的穩定性和可靠性 。同時，其高可靠性的連接性能保證了內存模塊在長時間運行過程中的數據傳輸穩定性，提升了數據中心的數據處理能力和響應速度 。三 挑戰與突破（一）當前面臨的挑戰1 工藝控制難度高：燒結銀技術雖然優勢顯著，但在實際應用中，工藝控制難度較大。有壓燒結銀膏的燒結温度、壓力、時間等參數的精確匹配至關重要，這些參數的微小變化都可能對燒結銀的性能產生重大影響。在燒結温度方面，如果温度過低，銀粉無法充分擴散融合，導致燒結體的緻密度和導電性不佳；而温度過高，則可能使銀粉過度燒結，產生晶粒長大、空洞等缺陷，同樣會降低燒結體的性能 。壓力控制也不容忽視，壓力過小，銀粉之間的接觸不夠緊密，影響燒結體的強度；壓力過大，又可能對芯片等器件造成損傷 。此外，燒結時間的長短也會影響燒結體的質量，時間過短，燒結過程不完全，時間過長則可能導致生產效率低下 。目前，行業內對於這些工藝參數的研究還不夠深入，缺乏統一的標準和規範，這給企業在實際生產中帶來了很大的困擾。建立標準化的工藝數據庫，深入研究工藝參數對燒結銀性能的影響規律，成為了行業亟待解決的問題 。

2 供應鏈安全風險得以解決：納米銀膏作為功率器件的關鍵原材料，目前高度依賴進口。美國Alpha 在全球納米燒結銀市場佔據了較大份額，好消息就是：善仁新材作為全球唯二的可以和美國Alpha進行抗衡的企業，公司可以完成從納米銀製備，納米銀膏配方研發，銀膏生產的企業。 這樣就解決了我國燒結銀產業面臨着較大的供應鏈安全風險問題。一旦國際形勢發生變化，或者供應商出現問題，納米銀膏的供應就不會受到限制，從而不會影響我國燒結銀產業的正常發展 。

3 成本競爭力不足：當前，燒結銀材料的成本較高，這在一定程度上限制了其大規模應用。據相關數據顯示，燒結銀材料成本是傳統焊料的 20-50倍 。銀本身是一種相對昂貴的金屬，其價格波動對燒結銀材料的成本影響較大 。納米銀粉的製備工藝複雜，生產效率較低，進一步增加了燒結銀材料的成本 。此外，燒結銀技術的應用還需要配套的設備和工藝，這也會增加企業的生產成本 。為了提高燒結銀材料的成本競爭力，需要通過規模化生產和技術創新來降低成本 。企業可以通過擴大生產規模，提高生產效率，降低單位產品的生產成本 。同時，加強技術創新，研發新的製備工藝和材料，降低對銀的依賴，也是降低成本的重要途徑 。

未來展望展望未來，燒結銀膏技術在半導體封裝領域的前景一片光明。隨着 5G、人工智能、物聯網、新能源汽車等新興產業的持續高速發展，對半導體器件的性能和可靠性提出了更高的要求，燒結銀膏技術憑藉其卓越的性能優勢，必將在這些領域發揮更為關鍵的作用 。在 5G 通信領域，隨着 5G 網絡的不斷普及和升級，對基站和終端設備的性能要求也越來越高。燒結銀技術將繼續助力 5G 通信設備提升信號傳輸效率和散熱性能，推動 5G 通信技術向更高頻段、更大帶寬、更低延遲的方向發展 。在人工智能和大數據領域，隨着算力需求的不斷增長，芯片的性能和可靠性成為關鍵。燒結銀技術將為 AI 芯片和數據中心服務器提供更高效的散熱和電氣連接解決方案，促進人工智能和大數據技術的快速發展 。在新能源汽車領域，隨着電動汽車市場的不斷擴大和續航里程要求的提高，對電池管理系統和逆變器等關鍵部件的性能和可靠性提出了更高的挑戰。燒結銀技術將在新能源汽車的電力電子系統中得到更廣泛的應用，提升新能源汽車的性能和安全性 。同時，隨着技術的不斷進步和創新，燒結銀技術自身也將不斷完善和發展。工藝控制將更加精準，成本將進一步降低，供應鏈安全將得到有效保障 。相信在不久的將來，燒結銀技術將徹底重塑半導體封裝產業鏈，引領半導體行業邁向一個全新的高度，為人類社會的科技進步和經濟發展做出更大的貢獻 。燒結銀用於人工智能