翠展微电子TPAK SiC系列解决方案

描述

 

翠展微电子

GRECONSEMI

 

     随着新能源汽车、光伏等产业的快速发展,加速了第三代半导体器件的实际应用,这对模块封装的可靠性提出了更高的挑战。在IGBT的封装失效模式中,焊料的疲劳与键合线故障导致的失效是器件失效的主要原因。在IGBT多层结构中,芯片下方的散热通道是散热的主要途径,芯片下焊料是其中的重要组成部分,也是最容易发生焊料疲劳退化的位置。

翠展微电子

IGBT模块多层结构

     传统钎焊料熔点低、导热性差,在工作期间产生的热循环过程中,由于材料间CTE差异,在材料间产生交变的剪切热应力,在应力的连续作用下,容易导致焊料层疲劳老化、产生裂纹,进而发展为材料分层,由于裂纹和分层的产生,焊料层与各层材料间的接触面积减小,热阻变大,加速了焊料层的失效,难以满足车规高功率SiC器件封装的可靠性及其高温应用要求。

翠展微电子

芯片下焊料层疲劳

     键合线材料的选择上因为铝及其合金价格低、热导率高,25℃时为237(W/mK),铝线键合是目前模块封装中应用最广泛的一种芯片互连技术。但由于铝的热膨胀系数23.2×10-6K-1与硅芯片的热膨胀系数4.1×10-6K-1相差较大,在长时间的功率循环过程中容易产生并积累热应力,引起键合线断裂或键合接触表面脱落,导致模块失效。在电流输出能力要求较高的情况下,芯片表面键合引线的数目过多,会引起较大的杂散电感,同时对电流均流也有一定影响。

翠展微电子

键合铝线脱落失效

     为解决高功率密度车用模块中芯片下焊料疲劳与键合线故障问题,翠展微电子针对Tpak SiC系列封装提出了一个创新解决方案,银浆烧结+铜Clip方案。芯片与AMB间的连接方式采用银浆烧结,代替传统焊料。银的熔点高达961℃,不会产生熔点小于300℃的软钎焊连接层中出现的典型疲劳效应,大幅提高了模块的功率循环能力。同时芯片上表面用leadframe一体化的铜Clip替代铝线键合,减小了模块内部的杂散电感,提升了芯片表面电流的均流性,增强了模块整体的过流能力。铜比铝更优异的导热能力也提升了模块整体的散热能力。有效的提升了模块整体的出流能力和可靠性。

翠展微电子

Tpak结构模型  

     按照AQG-324标准,获取模块在随机激励条件下的振动频率,研究Clip方案模块被迫抵抗外部随机振动的能力与结构设计合理性。

翠展微电子

激励条件(宽带随机激励)

翠展微电子

PSD功率密度频谱

翠展微电子

仿真结果-应力分布

     根据仿真结果,模块整体应力较小,最大应力出现在与塑封体相交的铜排端子处部位,其中最大应力不超38MPa,安全系数取1.35,满足安全使用条件。

翠展微电子

仿真结果-疲劳寿命

     在对应PSD频谱作用下,模块最易损坏的部分是与塑封相交的铜排端子处部位,与模型的应力分布相吻合,其中模块最低寿命为9.9×104s满足22h要求。

电感部分对模块整体电感进行仿真,仿真结果模块电感4.9nH满足设计要求。

翠展微电子

仿真结果-电感

     前期验证考虑芯片最大结温是否满足芯片耐受温度。使用软件PLECS,依据数据手册计算相应芯片损耗,根据热仿真结果芯片最高温度小于140℃,满足设计要求。

翠展微电子

仿真结果-温度分布

     总的来说,翠展微电子Tpak器件系列采用银烧结和Clip技术实现了高可靠性、低热阻、低杂散电感器件设计。银烧结技术使用银浆替代传统焊料,降低模块整体热阻,提高芯片和AMB互连的可靠性,有效增强模块的功率循环能力。Clip技术利用Leadframe一体化的铜排代替键合铝线,可以有效的减小模块内部杂散电感,拥有更高的电流输出能力的同时可以增强芯片的散热,提高模块的可靠性。

 

1

END

1

 

 

翠展微电子

 

 

 


原文标题:翠展微电子TPAK SiC系列解决方案

文章出处:【微信公众号:翠展微电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。


打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分