采用低温银烧结键合(LTB)技术将芯片对称布置在金属基复合(MMC)基板的中心安装孔四周,使模块与热沉间保持良好的电气接触和热接触。芯片正面的功率电极通过高熔点焊料连接到上部MMC基板,两个基板与芯片两个表面紧紧接触,芯片的两侧(芯片烧结层-MMC,芯片层焊料-MMC)均成为散热路径。虽然芯片正面的功率电极取消了键合线,但栅极仍需采用键合线连接。使用硅橡胶成型,使模块易于集成,同时满足爬电和间隙距离要求。该封装技术非常适合于需要冷却的高功耗器件。通过激光打标,IGBT自动化设备能够在模块表面添加必要的标识和信息。浙江专业真空炉
在activemetalbrazing(AMB)基板中有特殊设计的空腔,将芯片嵌入到AMB空腔里,采用定制的铜夹连接芯片和AMB基板,使其与基板上金属层在同一水平面,即在封装上侧形成平面,可以在该表面和AMB基板的下表面分别连接散热器,实现双面散热。嵌入到AMB基板封装的单面散热、双面散热与传统键合线连接封装单面散热的热性能对比。结果显示,芯片嵌入AMB基板单面散热封装模块相比传统键合线连接单面散热模块,结壳热阻降幅可达40%。若在芯片嵌入AMB基板采用双面散热封装,模块的结壳热阻可进一步降低20%。浙江专业真空炉自动化设备的使用提高了IGBT模块封装工艺的一致性和可靠性。
汽车IGBT模块测试标准下功率循环和温度循环作为表示的耐久测试,要求极为严格,例如功率循环次数可能从几万次到十万次不等。主要目的是测试键合线、焊接层等机械连接层的耐久情况。测试时的失效机理主要是,芯片、键合线、DBC、焊料等的热膨胀系数不一致,导致键合线脱落、断裂,芯片焊层分离,以及焊料老化等。随着国内新能源汽车产业的快速发展,产业链上游大有逐步完成国产替代,甚至带领世界的趋势,诸如整车品牌、动力电池、电池材料等等已经走得比较靠前,而汽车电控IGBT模块是新能源汽车主要的功率器件。
对于AMB基板,由于中间有1层活性钎料,其中的Ti元素对附着力起到关键因素,Ti元素与AlN基板反应生成TiN,可以提升金属层的附着力。对于DBC基板,在覆铜过程中Cu箔与微量氧气生成Cu2O,而Cu2O可以与金属Cu形成共晶组织。AlN基板在覆Cu箔之前通常需要对其进行预氧化处理,形成几个μm厚度的Al2O3层,Cu2O与Al2O3可以在高温下生成CuAlO2化合物,因此AlN基板与覆Cu层具有很好的界面结合。TFC基板的附着力主要由浆料内部的玻璃成分决定,高温烧结过程中玻璃软化并与陶瓷基板润湿产生结合,此外软化的玻璃还可以锚接铜粉烧结形成的金属化层,从而使金属化层与陶瓷基板牢固结合。对于DPC陶瓷基板,电镀Cu层与AlN基板之间只有一层Ti薄膜层,该薄膜与陶瓷基板只有物理结合,因此金属层结合力较低。自动化设备的应用使IGBT模块的封装工艺更加智能化和高效化。
芯片背面可通过焊层与DBC基板连接。芯片封装上下两个外表面均为平面,可在两侧分别连接热沉进行冷却。研究表明,器件功率损失在5~300W范围内时,与键合线连接的单面液冷相比,嵌入式封装双面液冷热阻可降低45%~60%。且随着冷却流体流速的增加,散热效果更加明显。因此,使用嵌入式功率芯片封装的双面液体对流散热是改善功率半导体器件散热的可行且有效方案。与常规芯片封装相反,将芯片正面连接在DBC上,芯片背面通过铜夹引出,即可实现芯片的倒装封装,实现芯片两个表面散热。IGBT自动化设备实现了丝网印刷过程中的锡膏均匀覆盖和准确定位。真空封盖自动线尺寸
IGBT自动化设备在封装过程中减少了人工操作的错误风险。浙江专业真空炉
TO247单管并联,市场上也有少量使用TO247单管封装的电控系统方案。使用单管并联方案的优势主要有两点:①单管方案可以实现灵活的线路设计,需要多大的电流就用相应的单管并联就好了,所以成本也有一定优势;②寄生电感问题比IGBT模块好解决。但是使用单管并联也存在一些待解决的难点:①每个并联单管之间均流和平衡比较困难,一致性比较难得到保障,例如实现同时的开断,相同的电流、温度等;②客户的系统设计、工艺难度非常大;③接口比较多,对产线的要求很高。浙江专业真空炉