IGBT模块封装工艺流程 IGBT封装技术的升级方向

描述

 

IGBT模块的封装技术难度高,高可靠性设计和封装工艺控制是其技术难点。IGBT模块具有使用时间长的特点,汽车级模块的使用时间可达15年。因此在封装过程中,模块对产品的可靠性和质量稳定性要求非常高。高可靠性设计需要考虑材料匹配、高效散热、低寄生参数、高集成度。

封装工艺控制包括低空洞率焊接/烧结、高可靠互连、ESD防护、老化筛选等,生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握,如铝线键合,表面看只需把电路用铝线连接起来,但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。

  esd防护

IGBT模块封装工艺流程

散热效率是模块封装的关键指标,会直接影响IGBT的最高工作结温,从而影响IGBT的功率密度。由于热膨胀系数不匹配、热机械应力等原因,模组中不同材料的结合点在功率循环中容易脱落,造成模块散热失效。  

  主流方案 先进方案
芯片间连接方式 铝线键合 铝带键合、铜线键合
模组散热结构 单面直接水冷 双面间接水冷、双面直接水冷
DBC板/基板材料 DBC:Al2O3 DBC:AIN、Si3N4
基板:Cu 基板:AISiC
芯片与DBC基板的连接方式 SnAg焊接 SnSb焊接、银烧结、铜烧结

IGBT封装技术的升级方向

提高模组散热性能的方法包括改进芯片间连接方式、改进散热结构、改进DBC板/基板材料、改进焊接/烧结工艺等。比如英飞凌的IGBT5应用了先进XT键合技术,采用铜线代替铝线键合、银烧结工艺、高可靠性系统焊接,散热效率得到大幅提升,但同时也面临着成本增加的问题。

另外还有客户壁垒:认证周期长,先发企业优势明显 

IGBT产品取得客户认可的时间较长。由于其稳定性、可靠性方面的高要求,客户的认证周期一般较长,态度偏向谨慎,在大批量采购前需要进行多轮测试。新进入者很难在短期内获得下游客户认可。 

  消费类 工业级 汽车级
工况   不同行业有所不同 高温&低温、震动
工作结温 -20-70° -25-150°C -40-150°
湿度 根据工作环境确定 0-100%
失效率要求 3% <1% 0
使用时间 1-3年 3-10年 10-15年
认证标准 JEDEC标准(器件) JEDEC标准(器件) AEC-Q101(器件)
  IEC60747-15(模组) IEC60747-15(模组) AQG   324(模组)
设计要点 防水 防水、防腐、防潮、防霉变 增强散热效率、抗震设计

不同应用场景对IGBT模块的要求   以汽车级IGBT为例,认证全周期可达2-3年。IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q100等车规级认证,认证时长约12-18个月。通过后,厂商还需与车厂或Tier 1供应商进行车型导入测试验证,这一过程可能持续2-3年。在测试验证完成后,供应商通常会先以二供或者三供的身份供货,再逐步提高量。而在需求稳定的情况下,车厂出于供应链安全考虑,更倾向于与现有供应商保持合作,新IGBT供应商可能无法得到验证机会。

文章来源:功率半导体生态圈

 







审核编辑:刘清

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