烧结银剪切力不足？善仁揭秘胶层厚度的黄金区间是多少？

烧结银剪切力不足？善仁揭秘胶层厚度的黄金区间是多少？

烧结银作为第三代半导体如SiC、GaN封装的关键互连材料，其剪切力不足是制约器件可靠性的常见问题。主要原因包括胶层厚度偏离优化区间、空洞率过高、热应力累积及材料匹配性差：

1 胶层厚度不适配：胶层过薄＜10μm会导致银颗粒间结合不充分，无法形成连续的致密结构；胶层过厚＞100μm则会增加热应力，同时易引入空洞，降低剪切强度。

2 空洞率过高：烧结过程中溶剂挥发不充分、印刷工艺不当如“狗耳朵”现象或银膏流动性差，会导致胶层内部产生空洞。空洞会阻断热流路径，引发局部热应力集中，进而降低剪切力。

3 热应力累积：银的热膨胀系数19ppm/K与陶瓷基板如Al₂O₃的7ppm/K差异较大，高温工作时热应力会累积，导致胶层与基板界面剥离。

4 材料匹配性差：银膏与基板镀层如Au、Ni/Au的界面反应如Ag-Au互扩散会削弱界面结合力，导致剪切力下降。

一、善仁新材提出的胶层厚度黄金区间为10-100μm

善仁新材作为国内烧结银领域的领航者，从2017年通过大量实验与500多家烧结银客户应用数据，总结出10-100μm为烧结银胶层的黄金区间，其核心逻辑如下：

1 实验数据支撑：10-100μm区间内剪切力较优

善仁新材的研究表明，当胶层厚度控制在10-100μm时，银颗粒可充分接触并形成致密的烧结颈，银原子扩散充分，连接层连续性与致密性较佳，剪切力达到峰值。例如：

半导体封装中，2×4mm²芯片的烧结银AS9335胶层厚度为30μm时，剪切强度可达42MPa，远超传统焊料的25-35MPa；

功率模块中，胶层厚度为50-80μm时，剪切强度可稳定在40-50MPa，满足高功率器件的机械应力要求。

2 10-100μm区间的优势

平衡剪切力与热应力：胶层过薄＜10μm会导致银颗粒间结合不充分，剪切力下降；胶层过厚＞100μm会增加热应力，导致界面剥离。10-100μm区间可有效平衡两者，确保剪切力与热稳定性的协同。

抑制空洞形成：该区间内银膏的流动性与印刷性较佳，如善仁新材的AS9338无压烧结银，粘度为20000CPS，可避免“狗耳朵”现象与溶剂残留，降低空洞率。

适配不同应用场景：10-30μm适用于芯片级小面积烧结，50-100μm适用于系统级大面积烧结，覆盖了从精密电子到高功率器件的全场景需求。

3 超出区间的风险

＜10μm：银颗粒无法充分接触，烧结层致密性差，剪切力下降，如如某客户实验中，AS9335烧结银的5μm胶层的剪切强度仅为20MPa，远低于行业要求的30MPa；

＞100μm：热应力累积加剧，易导致界面剥离，如某新能源车企的测试中，120μm胶层的功率模块在1000次热循环后，剪切强度下降了40%；

空洞率上升：胶层过厚会增加溶剂挥发的难度，导致空洞率升高，进而降低导热性能与剪切力。

二、善仁新材的技术支撑：如何确保胶层厚度在黄金区间内

善仁新材通过材料创新与工艺优化，确保客户的胶层厚度稳定在10-100μm：

材料创新：开发了低粘度、高流动性的烧结银膏，如AS9338无压烧结银，粘度为20000CPS，可均匀涂覆在基板上，避免厚度不均；

工艺优化：采用阶梯钢网与疏水性纳米涂层，抑制“狗耳朵”现象，提高印刷一致性；

设备适配：推荐使用普通烘箱，通过优化烧结曲线，确保银膏充分烧结，同时避免胶层变形。

三 结论：10-100μm是烧结银剪切力的较优解

善仁新材的黄金区间：10-100μm是基于实验数据与应用经验的总结，其核心是通过平衡银颗粒结合度、热应力与空洞率，确保剪切力达到较优。对于客户而言，选择善仁新材的烧结银产品如AS9335无压烧结银，并严格按照其工艺指导，如印刷厚度控制、烧结曲线优化，可将胶层厚度稳定在10-100μm，有效解决剪切力不足的问题。

综上，烧结银剪切力不足的关键原因是胶层厚度偏离10-100μm的黄金区间，而善仁新材通过材料创新与工艺优化，为客户提供了一整套解决方案，确保剪切力达到行业要求。