碳化硅（SiC）MOS铜烧结工艺作为新一代功率模块封装技术，凭借其材料特性和工艺优势，正在逐步替代传统银烧结和锡基焊料技术。
一、铜烧结技术的核心优势
1、优异的导电与导热性能
铜的导电率（约5.96×10⁷ S/m）和导热率（约401 W/m·K）与银（导电率6.3×10⁷ S/m，导热率429 W/m·K）接近，但显著优于传统锡基焊料（导热率约50 W/m·K）。这使得铜烧结层在高功率密度场景下能有效降低接触电阻和热阻，提升模块的散热效率。
2、热膨胀系数匹配性更佳
铜的热膨胀系数（17 ppm/℃）与碳化硅芯片（4 ppm/℃）和陶瓷基板（如氮化铝基板，4.5 ppm/℃）更为接近，可显著缓解热循环或功率循环过程中的热失配问题，减少界面应力导致的疲劳失效，延长模块寿命。相比之下，银的热膨胀系数为19.7 ppm/℃，与碳化硅的差异更大。
3、简化工艺与更高的界面稳定性
铜烧结工艺对基板表面金属化层（如预镀银/金）的依赖度低，可直接在裸铜基板上实现可靠连接，简化了界面结构并降低了工艺复杂度。而银烧结通常需要基板预镀贵金属层以保障可靠性，增加了成本和工艺步骤。此外，铜烧结可抑制原子扩散和金属间化合物的生成，减少界面退化现象。
4、显著的成本优势
铜的原材料价格仅为银的几十分之一，且铜烧结工艺可兼容现有银烧结设备，无需额外投资，进一步降低生产成本。银烧结的高成本是其在大面积应用中的主要瓶颈。
5、更高的可靠性表现
根据爱仕特科技的测试数据显示，采用铜烧结的模块在热冲击和功率循环测试中寿命比银烧结模块提高30%，孔隙率低至15%以下，剪切强度达80MPa（接近银烧结最优水平），且界面无显著破坏；功率循环测试中，铜烧结的失效模式更优，循环寿命可达银烧结的两倍。这得益于铜与碳化硅芯片及陶瓷基板的热膨胀系数（CTE）更匹配，减少了热应力导致的界面分层风险。对比银烧结：银的CTE与碳化硅差异较大，长期热循环易引发界面疲劳失效。抗电迁移性：铜烧结接头的抗电迁移性能显著优于银烧结，避免了银离子在高温高电流下的迁移短路问题，尤其适用于高频、高压场景。
二、与银烧结技术的对比分析
三、铜烧结的技术挑战与未来趋势
尽管铜烧结优势显著，仍需解决以下问题：
1、易氧化性：铜在高温下易氧化，需在惰性气氛或真空环境中烧结，近年通过纳米铜浆料和表面钝化技术已大幅改善。
2、工艺参数优化：需精确控制压力（如20MPa以上超高压）和温度以实现低孔隙率连接层。
铜烧结技术正在快速成熟，随着铜浆料配方优化和设备兼容性提升，其高可靠性、低成本特性使其在新能源汽车、轨道交通等领域具备广阔前景。随着氧化问题的逐步解决及设备工艺优化，铜烧结有望替代银烧结成为碳化硅模块封装的主流技术。
铜烧结技术凭借其综合性能、成本优势和更高的可靠性，成为碳化硅功率模块封装的理想选择。相较于银烧结，其在热匹配性、工艺简化及成本控制方面的突破更具竞争力，尤其适合对成本敏感且需高可靠性的车规级应用场景。随着技术进步，铜烧结或将成为第三代半导体封装的主流方案。
