烧结银是什么黑科技？

烧结银是最近兴起的“黑科技”，它是一种新兴的材料及连接技术，在电子封装等领域正发挥着日益重要的作用，逐渐受到广泛关注。下面为你详细介绍：

一、烧结银的定义与原理

定义：

烧结银通常是指利用银粉或银膏等含银材料，在特定条件下进行烧结，从而实现材料连接或形成特定功能结构的技术。其中，纳米烧结银因银粉颗粒达到纳米级别，具有更独特的性能和应用优势。

含有机树脂增强粘接能力的银胶称为半烧结银，比如AS9331和AS9335；不含机树脂的则为全烧结银，比如AS9376和AS9373。

原理

固态扩散机制：在烧结过程中，当温度升高到一定程度，银原子获得足够的能量开始活跃。以纳米银颗粒为例，在低温烧结银技术中，纳米银颗粒之间通过原子的扩散作用逐渐形成连接。在烧结初期，银粉颗粒之间先是通过点接触开始形成烧结颈，随着原子不断扩散，颗粒间距离缩小，表面自由能降低，颈部逐渐长大变粗并形成晶界，晶界滑移带动晶粒生长 ，坯体中的颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小。在烧结中期，颗粒和颗粒开始形成致密化连接，扩散机制包括表面扩散、表面晶格扩散、晶界扩散和晶界晶格扩散等，颗粒间的颈部继续长大，晶粒逐步长大并且颗粒之间的晶界逐渐形成连续网络，气孔相互孤立，并逐渐形成球形，位于晶粒界面处或晶粒结合点处。到了烧结后期，由于晶界滑移导致的颗粒聚合特别迅速，使得颗粒间的致密化程度进一步提高，最终形成致密的金属结构 。

液态烧结辅助：在一些烧结银体系中，可能会存在少量液相。例如在某些含添加剂的银膏烧结过程中，添加剂在加热时可能会形成液相，液相的存在有助于银原子的扩散，促进颗粒的重排和融合，加快烧结进程，使烧结体更加致密。不过，这种液相的量需要精确控制，以避免对烧结体性能产生不利影响。

二、烧结银的特性

高导电性：银本身就是良好的导电体，烧结银继承了这一特性。经过烧结后形成的银相，其电导率与纯银相近。在电子设备中，良好的导电性至关重要，能够确保电流高效传输，降低电阻带来的能量损耗。例如在功率模块中，高导电性的烧结银连接层可以显著提高传导电流的效率，降低芯片的工作温度，进而提高整个模块的工作效率和可靠性 。

良好的热导性：与高导电性类似，银的高导热性使得烧结银成为电子设备热管理的理想材料。在射频通讯设备等工作时会产生大量热量的器件中，纳米烧结银优良的导热性能可将设备内部的热量迅速导出，保持温度稳定。比如可以直接焊接铝合金散热器和基板，有效解决散热问题，保证设备在适宜的温度范围内稳定运行 。

高熔点与高可靠性：银的熔点高达 961℃，远高于传统焊料。这使得烧结银在高温环境下不易熔化或产生疲劳效应，具有极高的可靠性。在高温、高湿等极端条件下，烧结银制成的连接部位依然能够稳定运行。对于像新能源汽车的车载电子系统、光伏逆变器等在复杂环境下工作的设备来说，烧结银的这一特性尤为重要，能够保证设备长期稳定运行，减少故障发生概率 。

优异的机械性能：烧结银具有良好的延展性和机械强度，能够适应各种复杂的封装结构和工艺要求。在大功率射频空腔器件等产品的封装中，纳米烧结银凭借其良好的机械性能，可为射频元器件提供高可靠性的电气连接，保证产品在振动、冲击等机械应力环境下依然能够正常工作 。

低温烧结优势（部分类型）：低温烧结银是在相对较低的温度下进行烧结的银基材料，通常包含银粉和有机载体。与传统的高温烧结银相比，其能够在更低的温度下实现良好的电导性和热导性。低温烧结过程不仅减少了能源消耗和生产成本，还降低了对芯片和器件的热损伤，特别适合精密电子元件的封装 。

三、烧结银的烧结工艺

烧结工艺

无压烧结：在没有额外压力施加的情况下进行烧结。对于一些大面积的封装，无压烧结银AS9335可以实现高效、低成本生产。例如某些电子元器件的封装，采用无压烧结银技术，能够在相对简单的设备条件下完成烧结过程，降低了生产成本和工艺难度 。

有压烧结：施加一定压力进行烧结，这种方式可以更好地促进银颗粒之间的结合，提高烧结体的致密度。在一些对连接强度要求较高的应用中，如有压烧结银AS9385技术突破了裸铜封装的技术难点，通过压力使银与裸铜更好地结合，保证连接的可靠性 。

工艺步骤示例：以使用烧结银膏进行芯片与基板连接为例，首先要清洁粘结界面，确保界面干净无杂质；当界面表面能太低时，建议增加界面表面能以促进粘结。如果粘结尺寸过大，一个界面可开导气槽。在一个界面涂布烧结银时，要涂布均匀，另外一个界面放置到涂布好的烧结银上时，建议加一点压力压一下。接着进入预烘阶段，一般在 150℃下保持 20 - 30 分钟，如果界面是铜的基底建议在氮气保护下进行（金或者银除外）。然后是预压阶段，150℃加压 0.5 - 1MPa，时间为 1 - 3 秒；最后是本压阶段，220 - 280℃加压 10 - 30MPa，时间 2 - 6 分钟。烧结结束时，建议在烘箱中逐步降温到室温再把器件拿出 。

四、烧结银的应用领域

电子封装领域

高性能集成电路封装：在高性能集成电路中，对电子封装材料的性能要求极高。烧结银凭借其高导电性、良好的热导性和高可靠性，能够提高电子器件的性能和可靠性。在芯片与基板的连接中，使用烧结银可以降低电阻和热阻，提高芯片的工作效率和稳定性，满足集成电路不断向高性能、高集成度发展的需求 。

功率模块封装：新一代碳化硅（SiC）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）芯片功率密度不断提高，对封装材料的要求也随之提升。烧结银连接层的高导电和导热性能，能显著提高功率模块中传导电流和热量的效率，降低芯片温度，提高模块的工作效率和可靠性。同时，银的高熔点使得烧结银在高温环境下不易失效，有效延长了功率模块的使用寿命。此外，烧结银不含铅等有害物质，属于环境友好型材料，符合现代电子产业对环保的要求 。

汽车电子领域

新能源汽车：在新能源汽车的车载电子系统中，包括电池管理系统、电机控制器等部件，都需要在高温、振动等复杂环境下稳定工作。烧结银AS9385的高可靠性、良好的热导性和机械性能，使其成为这些部件中电子元件连接和封装的理想材料。例如在电池管理系统中，使用烧结银连接芯片和基板，能够确保在电池充放电过程中产生的热量及时散发，保证系统稳定运行，提高新能源汽车的安全性和可靠性 。

传统汽车电子：在传统汽车的发动机控制系统、车载娱乐系统等电子设备中，烧结银同样可以发挥其优势，提高电子设备的性能和稳定性，减少因环境因素导致的故障发生概率 。

传感器制造领域

高精度传感器：对于制造高精度和高稳定性的传感器，如压力传感器、温度传感器等，烧结银AS9376的应用可以提高传感器的性能。其良好的导电性和稳定性，能够确保传感器信号传输的准确性和可靠性，使传感器能够更精确地感知外界物理量的变化 。

MEMS 传感器：在微机电系统（MEMS）传感器中，烧结银AS9331可用于芯片与封装基板之间的连接，满足 MEMS 传感器对微小尺寸、高可靠性封装的要求，促进 MEMS 传感器在消费电子、医疗、工业等领域的广泛应用 。

其他领域

光伏逆变器：在光伏逆变器中，烧结银可用于功率器件的连接和封装。其高导热性和高可靠性能够保证逆变器在长时间工作过程中，将功率器件产生的热量有效散发，提高逆变器的转换效率和稳定性，延长其使用寿命 。

5G 通信领域：随着 5G 通信技术的发展，对通信设备的性能要求不断提高。在 5G 基站的射频器件等设备中，烧结银的应用使得高频电路具有更高的传输速度和更低的信号损耗，有助于提升 5G 通信网络的性能 。