SiC模块新技术，PC寿命可达10万小时

众所周知，汽车是SiC模块的最大出海口，然而车规级认证的门槛却如同高山，令无数SiC企业在可靠性的考验前望而却步。

最近，国产车规级SiC模块在封装技术领域迎来了新进展——东莞科利金新材料有限公司推出一种新型封装材料——芯片界面耦合剂，可以为SiC模块提供5层保护，使得模块的预计使用寿命提升3倍以上，且达到10万次以上，可轻松高效应对车规认证的难题。

科利金的芯片界面耦合剂为SiC模块提供5层保护

科利金研发的芯片界面耦合剂目前已经正式实现量产，并且已被SiC模块核心客户导入最新产品设计中。这种界面耦合剂不仅可以为SiC模块提供业界一直期待的高可靠性，而且可以大幅降低模块企业的生产成本和工艺难度，将为国产碳化硅大规模上车提供关键的助力。

近日，“行家说三代半”采访了科利金公司，为大家解答2个关键问题：

什么是芯片界面耦合剂？相对传统硅胶/环氧树脂有何升级？

对于SiC模块的车规级认证而言，为何这一新材料具有重要意义？

芯片界面耦合剂：

推动SiC模块可靠性逼近IGBT

通常，提升SiC模块可靠性除了需要高质量的SiC芯片外，还需要从模块封装角度重点入手，最近，企业已经意识到新材料对于模块可靠性的重要影响。

据“行家说三代半”了解， 2024年Vincotech采用一种新型焊料来提升SiC模块的可靠性。其文章提到，在150℃时的功率循环测试中，采用常规焊料的IGBT模块寿命为10万小时左右，是SiC模块的7倍左右。而采用新型焊料后，SiC模块的使用寿命可以提升6倍以上，逼近硅基IGBT。

材料对功率模块的可靠性影响

科利金产品开发经理朱雄伟告诉“行家说三代半”，在提升SiC模块可靠性方面，他们的芯片界面耦合剂与上述焊料具有异曲同工之妙。

他表示，“例如，我们的芯片界面耦合剂凭借高储能模量（2.5GPa）与低CTE（≤85 ppm/℃）协同作用，可以使SiC器件循环寿命从3万次延长至10万次或更久，可以帮助客户满足车规AQG324和VDA认证考核要求。”

那么，科利金的芯片界面耦合剂是什么？

据科利金介绍，从模块封装结构来看，他们是在SiC芯片与封装材料（有机硅胶/环氧树脂）之间添加了一层新的封装材料，他们将之称为“芯片界面耦合剂KD-01”。界面耦合剂可以提供高耐温、隔水、高绝缘、高结合强度和热应力缓冲等多层保护，大幅优化SiC模块的热管理、机械应力和电学等相关性能。

传统SiC模块与带芯片界面耦合剂的SiC模块结构对比

为何开发芯片界面耦合剂？

解决硅胶/环氧树脂哪些难题？

SiC模块的车规认证通常采用欧洲电力电子中心（ECPE）的AQG-324标准，而2025版AQG 324规范还首次将SiC模块的测试要求独立成章，其中，H3TRB（高湿高温反偏）和DH3TRB（动态高湿高温反偏）测试引起了行业的高度关注。

据行业人士透露，这两个测试的目的都是为了在“高温”、“高湿”极端条件下评估SiC器件的性能和稳定性，而这对传统有机硅胶封装材料提出了更高的要求。

朱雄伟告诉“行家说三代半”，传统功率模块的灌封材料（硅胶）的耐热温度在200℃左右，一方面在长时间高温工作环境下，容易氧化开裂；另一方面，在高温环境下，硅胶会发生热分解变形，并且还会由于水分汽化而加剧气泡膨胀，导致它与芯片/基板的结合力进一步变弱，从而在实际应用中，模块的边缘界面粘结处就形成了水分渗透路径，引发湿气渗透导致钝化层腐蚀或封装分层问题，从而引发 SiC 模块失效。

硅胶在SiC模块应用中存在的2个问题

据纳微半导体2025年4月的问题，他们在测试中发现，所有采用硅胶灌封的SiC模块，经历1000次热冲击测试（-40°C至+125°C）后均未通过隔离测试。

在配合SiC模块客户产品的过程中，科利金公司也发现这个难题，为此，科利金于2023年5月就正式立项开发芯片界面耦合剂，历经两年多的研发与测试优化，目前已实现量产并导入客户产品设计。

据朱雄伟介绍，科利金的芯片界面耦合剂是通过2个维度去解决传统硅胶的问题。

首先，他们的耦合剂具有出色的热稳定性，可承受高达280℃甚至更高的连续使用温度，短时间甚至还能耐受310℃高温，因此可以确保不会发生热分解、变形等问题。

其次，芯片界面耦合剂与键合线/芯片/基板的结合力约为30MPa，因此可杜绝水分渗透路径，为SiC模块持续稳定运行提供可靠保障，有效延长使用寿命。

芯片界面耦合剂的隔热作用

据行家说Research调研发现，现阶段SiC模块的灌封材料已经开始发生改变，部分厂商已经从原来的有机硅凝胶转向了环氧树脂方案。根据纳微的测试结果，采用环氧树脂灌封的SiC模块在上述实验中保持合格隔离等级，其热阻增加量比硅胶低5倍。

但是，环氧树脂替换硅胶并不是一劳永逸的方案，SiC模块依然要面临高吸水率、绝缘性和高成本等问题。

朱雄伟解释道，有2个原因导致环氧树脂容易受水汽侵蚀。

一方面，用于SiC模块的灌封材料通常需要满足HTG＞200-230℃的高耐温等级要求，而HTG越高，环氧树脂塑封料的吸水率就会越高。常规环氧树脂材料（HTG＜150℃）的吸水率约为0.19%左右，而高HTG环氧树脂（230℃）的吸水率则提高到了0.4%以上，并且由于SiC芯片耐温通常可以超过230℃，未来环氧树脂更难满足其吸水率要求。

另一方面，尽管环氧树脂的电痕化指数（CTI）可达到400-600，但是它是属于热固型材料，其表面在固化之后会形成导电通路的现象（漏电起痕），这些电痕非常容易受水汽侵蚀。

加入碳化硅大佬群，请加微信：hangjiashuo999

据介绍，科利金芯片界面耦合剂不仅可耐受310℃高温，而且由于其不存在电痕问题，尽管第一代材料的吸水率为0.7%，其依旧能够能够为SiC芯片提供一个高效的隔水层，大幅减少因湿气渗透所引发的钝化层腐蚀或封装分层等模块失效风险。

据朱雄伟透露，科利金下一代芯片界面耦合剂吸水率仅为0.1%-0.2%，因此可以进一步提升模块的可靠性。

芯片界面耦合剂的隔水层作用

此外，H3TRB测试还对SiC模块的漏电流稳定性提出了一定的要求，这是由于电场与湿气协同作用会加速离子迁移，因此亟需提高模块的电气绝缘性。

据朱雄伟介绍，通常环氧树脂材料是通过添加粒子捕捉剂来提高材料的绝缘性，但是过量添加会影响材料的其他性能，因此其很难满足超过1200V等级以上SiC模块的绝缘要求。而科利金的芯片界面耦合剂层的击穿电压超过了300V/μm，可以满足1700V SiC模块的绝缘要求，因此可以采用常规的环氧树脂材料，不用因为改变材料配方等级而增加采购成本。

芯片界面耦合剂的绝缘作用

对比传统灌封材料可见，科利金的芯片界面耦合剂可以大幅提升SiC模块的可靠性，并且在一定程度上可以降低SiC模块的生产制造成本和难度，这是该材料帮助模块通过车规认证的第一层意义。

4个维度加固焊接界面

从容应对车规功率循环考验

在车规级碳化硅模块AQG-324寿命试验中，功率循环（PC）测试是第一项，主要偏向于键合线与SiC芯片、SiC芯片与陶瓷基板以及陶瓷基板与散热器之间的焊接界面可靠性。

朱雄伟在跟客户合作过程中了解到，大约70%-88%的SiC模块失效出现在PC测试和热冲击试验（TST）上。

常规SiC模块功率循环寿命之所以比IGBT模块低那么多，主要原因是SiC的杨氏模量和热膨胀系数（CTE）比硅更大——SiC边角的CTE会变大4倍左右，因此，会影响SiC芯片与键合线和陶瓷基板的结合强度，导致温度的升高时容易产生裂痕、分层、空洞，导致可靠性下降。

据朱雄伟介绍，科利金的芯片界面耦合剂可以从4个维度解决SiC模块在功率循环中的分层失效问题。

首先，它可以起到“加固层”的作用，可以增强硅胶与键合金属的界面结合力。

据了解，硅胶与金属的结合力比环氧树脂差很多，但环氧树脂的数值也不太理想——与铝的结合强度为8-10MPa，与镍的结合强度约为3MPa。

而科利金的耦合剂可以通过物理吸附与化学键合协同作用，在芯片/引线框架/陶瓷基板/电子封装材料界面形成强效结合，灌封材料喷涂芯片界面耦合剂后，其与金属的结合力可大幅提升至30MPa，剪切强度较原先提升2-10倍。

芯片界面耦合剂对金属结合强度的影响

其次，它可以补偿CTE差异，形成柔性缓冲层。

据介绍，硅芯片的CTE约为2.6 ppm/℃，碳化硅芯片CTE约为4.5 ppm/℃，因此碳化硅与铜基板（CTE≈17 ppm/℃）的热膨胀率差异更大，容易在热循环中导致界面撕裂或焊点疲劳。

而界面耦合剂的CTE约为84 ppm/℃，再结合材料的高储能模量（2.5GPa）来降低焊接界面应力，提供了界面缓冲。测试结果显示，该技术可以将器件循环寿命从3万次延长至10万次或更久，可满足车规AQG324以及VDA考核。

材料热膨胀翘曲示意图：常规模块（左）、添加界面耦合剂模块（右）

第三，通常SiC与芯片与散热器/基板接触面存在纳米级凹凸（粗糙度1–10μm），界面耦合剂能够填充这些空隙，从而有利于降低芯片、基板等的表面能，提升不同封装材料之间的结合强度。

第四，SIC芯片通常较薄（厚度

由此看来，界面耦合剂为SiC模块的稳定机械性能提供了四重协同保障，这是该材料帮助模块通过车规认证的第二层意义。

双向赋能模块降本

更多创新助力SiC性能突破

现阶段，碳化硅模块行业开始内卷，价格大幅跳水，科利金界面耦合剂的成功研发和量产，表明它已经通过了市场的初步验证，在如今的行业状况下，该材料有望从第三个层面为碳化硅模块行业赋能——降本。

首先，从工序上帮助模块降本。该材料的CTE界面缓冲作用可帮助下游模块厂商降低产品开发的难度，省去了为了应对热膨胀而采取的基板预压弯等繁琐的工序和成本。

同时，科利金的界面耦合剂工艺非常简单，它支持键合后和塑封(灌液体胶)前的直接浸涂、喷涂等工艺，可以采用 80 ℃×1h+210℃×1h分段固化。

其次，芯片界面耦合剂可降低硅胶/环氧塑封材料的采购成本，可以继续沿用传统成熟的低成本材料，减少对高价液态环氧树脂的依赖。

更为重要的是时间成本。该材料有望帮助碳化硅模块快速通过车规级验证，在有限的时间窗口前拥抱海量汽车市场，从而摆脱价格内卷的泥淖。

在采访的最后，朱雄伟表示，科利金自成立以来一直专注于先进材料研发，除了芯片界面耦合剂外，他们将继续秉持为客户技术赋能的理念，为碳化硅模块行业带来更多的材料技术创新，充分释放碳化硅的优异性能，并帮助碳化硅企业提升性能。

芯片界面耦合剂提升了碳化硅模块的可靠性、降低了产品开发难度和生产成本，有望帮助碳化硅模块在更多市场领域加快批量化商用节奏，也期待科利金未来的新材料技术能带来更多新的惊喜。（了解更多产品详情，欢迎致电朱先生： 13925242112）

插播：天科合达、天岳先进、同光半导体、烁科晶体、泰坦未来、浙江晶瑞、芯聚能、三安半导体、安海半导体、华卓精科、快克芯装备、合盛新材料、京航特碳、恒普技术、奥亿达新材料、创锐光谱、西湖仪器、北方华创、科友半导体、凌锐半导体、中电化合物、昕感科技、羿变电气、东尼电子、西格玛、铭扬半导体、瑞霏光电、力冠微、格力电子等已确认参编《2025碳化硅衬底与外延产业调研白皮书》及《2025碳化硅器件与模块产业调研白皮》，参编咨询请联系许若冰（hangjiashuo999）。

本文发自【行家说三代半】，专注第三代半导体（碳化硅和氮化镓）行业观察。

其他人都在看：

三组关键数据，揭示GaN的未来走向

退出快充市场，该企业GaN营收仍增长50%

南方电网：采用国产沟槽SiC

行家说三代半 向上滑动看下一个

行家说三代半 写留言

,选择留言身份