高精度真空爐生產(chǎn)
汽車IGBT模塊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下功率循環(huán)和溫度循環(huán)作為表示的耐久測(cè)試,，要求極為嚴(yán)格，例如功率循環(huán)次數(shù)可能從幾萬(wàn)次到十萬(wàn)次不等,。主要目的是測(cè)試鍵合線,、焊接層等機(jī)械連接層的耐久情況,。測(cè)試時(shí)的失效機(jī)理主要是，芯片,、鍵合線,、DBC、焊料等的熱膨脹系數(shù)不一致,，導(dǎo)致鍵合線脫落,、斷裂，芯片焊層分離,，以及焊料老化等,。隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上游大有逐步完成國(guó)產(chǎn)替代,，甚至帶領(lǐng)世界的趨勢(shì),，諸如整車品牌、動(dòng)力電池,、電池材料等等已經(jīng)走得比較靠前,，而汽車電控IGBT模塊是新能源汽車主要的功率器件。IGBT自動(dòng)化設(shè)備在生產(chǎn)中起到關(guān)鍵作用,，實(shí)現(xiàn)了IGBT模塊的高效封裝,。高精度真空爐生產(chǎn)
基于雙基板堆疊和面互連，采用上下雙基板堆疊的無(wú)鍵合線平面互連封裝,。該封裝采用Wolfspeed第三代10kVSiCMOSFET芯片構(gòu)建,。芯片焊接在下堆疊基板上，芯片正面電極采用金屬M(fèi)o柱連接,，Mo柱上方連接帶有通孔的上堆疊基板,。在上堆疊基板的上表面，采用高密度彈簧銷端子,，將芯片電極連接到PCB母線,。Mo柱互連取代鍵合線連接，提高了機(jī)械可靠性,，降低了封裝雜散電感和電阻,。該封裝在芯片的兩側(cè)均采用平面連接，少部分熱量可通過芯片上表面?zhèn)鬟f給上部堆疊基板,，但由于上基板上表面為彈簧端子連接,，不利于熱量傳遞，芯片耗散熱主要從下堆疊基板散熱,，使該封裝只具有單一散熱通路,。通過在下堆疊基板底部集成定制的直接射流噴射冷卻器,，模塊結(jié)到環(huán)境熱阻達(dá)到0.38℃/W。非標(biāo)工業(yè)模塊自動(dòng)組裝線批發(fā)價(jià)格IGBT自動(dòng)化設(shè)備推動(dòng)了IGBT模塊技術(shù)的發(fā)展,，使其具備通態(tài)壓降低,、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
采用納米銀燒結(jié)將Mo柱,、SiC芯片和Cu柱連接到基板上,。相比合金焊料，燒結(jié)銀導(dǎo)熱性能優(yōu)異,，有助于降低芯片連接層的熱阻,。可在兩側(cè)基板表面分別連接熱沉進(jìn)行雙面散熱,。該雙面散熱封裝模塊的結(jié)殼熱阻只有0.17℃/W,，封裝耗散功率密度超過200W/cm2，而同電壓等級(jí)的CreeXHV-9模塊的結(jié)殼熱阻為0.468℃/W,，表明該雙面散熱封裝具有明顯的熱性能優(yōu)勢(shì),。為進(jìn)一步優(yōu)化雙面散熱封裝器件的熱性能，提出了柔性印刷電路板互連的平面封裝結(jié)構(gòu),，采用Cu-Mo-Cu(CMC)復(fù)合金屬塊滿足絕緣要求,。柔性PCB板既可以作為芯片上較小特征的互連，還可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的母線,，縮短功率模塊的電氣回路長(zhǎng)度減小寄生電感,。
TFC金屬化是一種在AlN陶瓷基板上制作銅膜的過程，它通過使用銅漿料和絲網(wǎng)印刷技術(shù),，將銅漿料均勻地涂布在基板上,。在涂布完成后，通過850℃真空燒結(jié)處理,，使銅膜與基板牢固結(jié)合,，并形成TFC覆銅AlN基板。DBC金屬化則是一種將AlN基板與銅箔進(jìn)行冶金結(jié)合的制作方法,。首先將AlN基板與銅箔精確對(duì)齊,，然后將它們裝配在一起，施加一定的壓力,。隨后,，在控制爐內(nèi)氧分壓的情況下，將溫度加熱至1065℃,，使得銅箔表面的氧化物薄層與AlN基板表面氧化產(chǎn)生的三氧化二鋁（Al2O3）發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，生成一種稱為CuAlO2的化合物,。這種化合物將銅箔和AlN基板緊密地結(jié)合在一起,，形成冶金結(jié)合,。而AMB金屬化是一種在AlN表面制作銅膜的另一種方法。首先,，在AlN表面涂布一層含有銀（Ag）,、銅（Cu）和鈦（Ti）的焊膏，然后覆蓋一層銅箔,。接下來(lái),，將樣件置于真空環(huán)境中，加熱至890℃并保持一段時(shí)間,，這樣就可以使AlN表面上的焊膏與銅箔發(fā)生反應(yīng),，形成一層堅(jiān)固的銅膜。這樣制作的覆銅AlN基板具有良好的導(dǎo)熱性能,，可用于高功率電子器件的封裝,。IGBT自動(dòng)化設(shè)備負(fù)責(zé)封裝和端子成形，保證產(chǎn)品的完整性和可靠性,。
采用燒結(jié)銀工藝將芯片倒裝燒結(jié)到DBC基板上,，芯片背面采用銅夾連接，銅夾上連接散熱器,，形成芯片上表面的熱通路,。采用聚合物熱界面材料在模塊的上下表面連接兩個(gè)陶瓷散熱器，進(jìn)行雙面散熱,。由于芯片倒裝鍵合面積只占芯片面積的很小一部分,，接觸面積較小成為限制該封裝散熱性能的關(guān)鍵。該封裝中倒裝芯片鍵合層和銅夾連接層對(duì)模塊熱性能的影響比連接散熱器的熱界面材料的影響更加明顯,。增大倒裝芯片的鍵合面積有助于降低倒裝芯片鍵合層的熱阻,，有利于降低芯片結(jié)溫。研究表明,，通過增大芯片電極金屬化面積,，如將芯片電極面積占比從22%提高到88%，采用倒裝鍵合,，芯片結(jié)溫可降低20-30℃,。建議可以通過采用擴(kuò)大芯片電極金屬化面積，增大鍵合面積的方式來(lái)降低熱阻,。動(dòng)態(tài)測(cè)試IGBT自動(dòng)化設(shè)備可分析和優(yōu)化器件在過溫和過壓情況下的性能,。高精度真空爐生產(chǎn)
IGBT自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用使功率半導(dǎo)體模塊封裝過程更高效和準(zhǔn)確。高精度真空爐生產(chǎn)
芯片下表面焊接連接,，上表面采用載銀硅樹脂連接,，以進(jìn)一步降低熱機(jī)械應(yīng)力。柵極端子與聚酰亞胺柔性電路板連接,。通過空氣實(shí)現(xiàn)散熱器與環(huán)境間的電氣絕緣,。芯片兩側(cè)的基板表面為翅片狀熱沉的連接提供了平臺(tái),，可使用介電流體(如空氣)進(jìn)行冷卻，該P(yáng)CoB雙面風(fēng)冷模塊具有與液冷等效的散熱性能,。研究表明,，采用該封裝的1200V/50ASiC肖特基二極管在空氣流速為15CFM的條件下測(cè)試得到模塊結(jié)到環(huán)境的熱阻只為0.5℃/W。在沒有散熱措施時(shí),，結(jié)到環(huán)境的熱阻也低于5℃/W,。而對(duì)于類似大小的芯片，采用25mil的AlN陶瓷基板和12mil的鍍鎳銅底板封裝的傳統(tǒng)功率模塊的結(jié)殼熱阻已達(dá)到約0.4℃/W,。將該模塊通過導(dǎo)熱脂連接在液冷散熱板上,，結(jié)到冷卻液體的熱阻為0.6~1℃/W。表明該P(yáng)CoB雙面空冷模塊具有與傳統(tǒng)液冷模塊相當(dāng)?shù)臒嵝阅?。高精度真空爐生產(chǎn)
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