第3代寬禁帶功率半導(dǎo)體模塊封裝形式與模塊清洗介紹
隨著新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對第3代寬禁帶功率半導(dǎo)體碳化硅材料和芯片的應(yīng)用需求,國內(nèi)外模塊封裝技術(shù)也得到迅速發(fā)展,追求低雜散參數(shù)、小尺寸的封裝技術(shù)成為封裝的密切關(guān)注點,國內(nèi)外科研團隊和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)設(shè)計了結(jié)構(gòu)各異的高性能功率模塊,提升了SiC基控制器的性能。
(1) 傳統(tǒng)封裝:Wolfspeed、Rohm和Semikron等制造商大多延用傳統(tǒng)Si基封裝方式,功率等級較低,含有金屬鍵合線,雜散電感較大。
(2) DBC+PCB混合封裝:Cha等[16]和Seal等[17]把DBC和PCB板進行整合,通過鍵合線連接芯片和PCB板,研創(chuàng)出DBC+PCB混合封裝。實現(xiàn)了直接在PCB層間控制換流回路,縮減換流路徑來減小寄生電感。
(3) SKiN封裝:德國Semikron公司采用納米銀燒結(jié)和SKiN布線技術(shù),采用柔性 PCB板取代鍵合線實現(xiàn)芯片的上下表面電氣連接,模塊內(nèi)部回路寄生電感僅為1.5 nH[18]。
(4) 平面互連封裝:通過消除金屬鍵合線,將電流回路從DBC板平面布局拓展到芯片上下平面的層間布局,顯著減小了回路面積,降低了雜散電感參數(shù),如Silicon Power公司采用端子直連(DLB)[19]、IR的Cu-Clip IGBT[20]和Siemens的SiPLIT技術(shù)[21]等。
(5) 雙面焊接(燒結(jié))封裝:在功率芯片兩側(cè)焊接DBC散熱基板,為芯片上下表面提供散熱通道;或者使用銀燒結(jié)技術(shù)將芯片一面焊接DBC,另一面連接鋁片。雙面散熱既能優(yōu)化基板邊緣場強,還能夠降低電磁干擾(EMI),減小橋臂中點的對地寄生電容,使其具有損耗低、熱性能好、制造成本低等優(yōu)點。橡樹嶺實驗室、中車時代電氣、天津大學(xué)和CPES等可以將寄生電感降低至5 nH。同時,銅燒結(jié)作為一種更低成本的芯片連接方案更被視為是未來幾年的研究熱點。目前雙面散熱技術(shù)主要應(yīng)用在新能源電動車內(nèi)部模塊[22-23]。
(6) 壓接封裝:壓接型器件各層組件界面間依靠壓力接觸實現(xiàn)電熱傳導(dǎo),分為凸臺式和彈簧式兩類。與焊接型器件相比,壓接封裝結(jié)構(gòu)模塊具有高功率密度、雙面散熱、低通態(tài)損耗、抗沖擊能力強、耐失效短路和易于串聯(lián)等優(yōu)點[24],而且采用數(shù)量較少的壓接型模塊便可滿足換流時電壓等級和容量需求[25],但由于密封等要求多采用LTCC陶瓷設(shè)計,成本較高,且壓接封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前只用于高壓模塊的制造,具有一定的應(yīng)用市場。但離汽車領(lǐng)域的實際應(yīng)用尚有一定的差距。
(7) 三維(3D)封裝:Tokuyama等[26]和Herbsommer等[27]將SiC模塊的上橋臂直接疊加在下橋臂上,由于SiC模塊的結(jié)構(gòu)是垂直型的,可以大幅縮短換流回路的物理長度,以進一步減少與di/dt相關(guān)的問題。目前該封裝技術(shù)最大的優(yōu)勢是可以將模塊寄生電感降至1 nH以下。還有將電壓波動最大的端子放置在三維夾心結(jié)構(gòu)的中間,使端子與散熱器之間的寄生電容急劇降低[28],進而抑制了電磁干擾噪聲[29]。
功率模塊的典型封裝結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。
IGBT功率模塊清洗
為應(yīng)對能源危機和生態(tài)環(huán)境惡化等問題,世界各國均在大力發(fā)展新能源汽車、高壓直流輸電等新興應(yīng)用,促進了大功率電力電子變流裝置的廣泛應(yīng)用。大功率變流裝置的可靠性對這些應(yīng)用而言十分重要。裝置的可靠性與其核心器件IGBT密切相關(guān)。
目前,大量的IGBT仍在采用傳統(tǒng)的正溴丙烷等溶劑清洗清洗,隨著對環(huán)保的管控和對產(chǎn)品可靠性的要求不斷提高,原有的傳統(tǒng)溶劑清洗已不能滿足IGBT清洗。對此,合明提出新型的IGBT清洗方案。
合明科技半水基清洗工藝解決方案,采用合明科技專利配方,可在清洗IGBT凹槽內(nèi)存在大量的錫膏殘留的同時去除金屬界面高溫氧化膜,更含有保護芯片獨特的材料;配方材料親水性強,清洗后易于用水漂洗干凈。
歡迎使用合明科技半水基清洗劑清洗IGBT功率器件。
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