IGBT模塊封裝流程原理圖
出處:玩轉(zhuǎn)電子技術(shù)設計 發(fā)布于:2018-11-15 14:04:29
IGBT模塊封裝是將多個IGBT集成封裝在一起,以提高IGBT模塊的使用壽命和可靠性,體積更小、效率更高、可靠性更高是市場對IGBT模塊的需求趨勢,這就有待于IGBT模塊封裝技術(shù)的開發(fā)和運用。目前流行的IGBT模塊封裝形式有引線型、焊針型、平板式、圓盤式四種,常見的模塊封裝技術(shù)有很多,各生產(chǎn)商的命名也不一樣,如英飛凌的62mm封裝、TP34、DP70等等。
IGBT模塊有3個連接部分:硅片上的鋁線鍵合點、硅片與陶瓷絕緣基板的焊接面、陶瓷絕緣基板與銅底板的焊接面。這些接點的損壞都是由于接觸面兩種材料的熱膨脹系數(shù)(C犯)不匹配而產(chǎn)生的應力和材料的熱惡化造成的。 如下圖,采用英飛凌62mm封裝的FF300R12KS4結(jié)構(gòu)圖
IGBT模塊封裝技術(shù)很多,但是歸納起來無非是散熱管理設計、超聲波端子焊接技術(shù)和高可靠錫焊技術(shù)。下面以富士通經(jīng)典的IGBT封裝PrimePACK封裝來說明三項技術(shù)的原理和特點:
(1)散熱管理設計方面,通過采用封裝的熱模擬技術(shù),優(yōu)化了芯片布局及尺寸,從而在相同的ΔTjc條件下,成功實現(xiàn)了比原來高約10%的輸出功率。
(2)超聲波端子焊接技術(shù)可將此前使用錫焊方式連接的銅墊與銅鍵合引線直接焊接在一起()。該技術(shù)與錫焊方式相比,不僅具備高熔點和高強度,而且不存在線性膨脹系數(shù)差,可獲得較高的可靠性()。與會者對于采用該技術(shù)時不需要特別的準備。富士公司一直是在普通無塵室內(nèi)接近真空的環(huán)境下制造,這種方法沒有太大的問題。
:超聲波焊接與錫焊的比較
(2)超聲波端子焊接技術(shù)可將此前使用錫焊方式連接的銅墊與銅鍵合引線直接焊接在一起()。該技術(shù)與錫焊方式相比,不僅具備高熔點和高強度,而且不存在線性膨脹系數(shù)差,可獲得較高的可靠性()。與會者對于采用該技術(shù)時不需要特別的準備。富士公司一直是在普通無塵室內(nèi)接近真空的環(huán)境下制造,這種方法沒有太大的問題。
(3)高可靠性錫焊技術(shù)。普通Sn-Ag焊接在300個溫度周期后強度會降低35%,而Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在相同周期之后強度不會降低。這些技術(shù)均“具備較高的高溫可靠性”。
IGBT模塊封裝流程:焊接--邦線--二次焊接--二次邦線---組裝--上外殼、涂密封膠--固化---灌硅凝膠---老化篩選。這些流程不是固化的,要看具體的模塊,有的可能不需要多次焊接或邦線,有的則需要,有的可能還有其他工序。上面也只是一些主要的流程工藝,其他還有一些輔助工序,如等離子處理,超聲掃描,測試,打標等等。
IGBT模塊封裝的作用 IGBT模塊封裝采用了膠體隔離技術(shù),防止運行過程中發(fā)生爆炸;第二是電極結(jié)構(gòu)采用了彈簧結(jié)構(gòu),可以緩解安裝過程中對基板上形成開裂,造成基板的裂紋;第三是對底板進行加工設計,使底板與散熱器緊密接觸,提高了模塊的熱循環(huán)能力。對底板設計是選用中間點設計,在我們規(guī)定的安裝條件下,它的幅度會消失,實現(xiàn)更好的與散熱器連接。后面安裝過程我們看到,它在安裝過程中發(fā)揮的作用。產(chǎn)品性能,我們應用IGBT過程中,開通過程對IGBT是比較緩和的,關斷過程中是比較苛刻。大部分損壞是關斷造成超過額定值。
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