基于高压大功率器件封装结构散热方面的考虑,除了在封装结构设计过程中,采用高热导率耐高温封装材料和高温焊料,以及时有效的将芯片的热量传递给其他层封装材料之外,还需要有尽可能多的散热路径,如将芯片上表面的键合线取消,利用芯片上表面的散热通路等。近年来,取消键合线的功率器件封装设计研究与实践也频频见于各种文献资料。这也表示着器件封装的发展趋势。同时需要指出的是,取消键合线封装不仅对于芯片封装散热友好,对于封装的可靠性也具有优势。开发体积紧凑、结构设计简单且具有高效散热能力的封装结构成为未来功率半导体器件封装性能提升的关键。通过对现有功率器件封装方面文献的总结,从器件封装结构散热路径的角度可以将功率器件分为单面散热器件、双面散热器件和多面散热器件。通过自动化设备,IGBT模块的封装过程更加高效、准确。共晶真空炉规格
芯片下表面焊接连接,上表面采用载银硅树脂连接,以进一步降低热机械应力。栅极端子与聚酰亚胺柔性电路板连接。通过空气实现散热器与环境间的电气绝缘。芯片两侧的基板表面为翅片状热沉的连接提供了平台,可使用介电流体(如空气)进行冷却,该PCoB双面风冷模块具有与液冷等效的散热性能。研究表明,采用该封装的1200V/50ASiC肖特基二极管在空气流速为15CFM的条件下测试得到模块结到环境的热阻只为0.5℃/W。在没有散热措施时,结到环境的热阻也低于5℃/W。而对于类似大小的芯片,采用25mil的AlN陶瓷基板和12mil的镀镍铜底板封装的传统功率模块的结壳热阻已达到约0.4℃/W。将该模块通过导热脂连接在液冷散热板上,结到冷却液体的热阻为0.6~1℃/W。表明该PCoB双面空冷模块具有与传统液冷模块相当的热性能。福建动态测试外壳组装兼容设备在高低温冲击检验中,IGBT自动化设备能够模拟恶劣环境下的工作条件,保证产品性能。
功率器件封装结构散热设计原则:针对功率器件的封装结构,国内外研究机构和企业在结构设计方面进行了大量的理论研究和开发实践,多种结构封装设计理念被国内外研究机构提出并研究,一些结构设计方案已成功应用在商用功率器件上。功率器件自身的属性及其特殊的服役环境决定了封装器件内部总是受到电场、热以及应力等多种场效应相互耦合的综合作用。功率器件的结构设计,应首先要满足电气绝缘要求,在此基础上兼顾结构设计对封装散热、芯片及封装各部件间受力等其他方面的影响。
4种AlN基板可靠性测试(冷热冲击):对4种AlN覆铜基板循环进行冷热冲击热循环实验,条件为在-55℃~150℃,每个温度保温30min,5s内完成到155℃温度转换,循环次数为100cycles、500cycles、1000cycles、1500cycles。可得AMB法制备的AlN覆铜板耐热冲击次数明显高于其他制备工艺。AlN覆铜板耐热冲击主要的失效模式为金属层剥离和AlN陶瓷基板开裂。对于DPC基板,在200次冷热循环后,金属层与AlN完全剥离,剥离强度为0。AlN厚膜覆铜板,在500次冷热循环后,金属层有局部剥离,剥离强度降为百分之二十。DBC基板在1000次冷热循环后,剥离强度降低了20%,但去除金属层,通过超声波扫描显微镜探测,与铜结合边缘处AlN基板有微裂纹,这是由于金属Cu和AlN的热膨胀系数差别大,两者在高温急速降温过程中,材料内部存在大量的热应力,而导致开裂。AMB基板在1500次冷热循环后,金属层剥离力无下降现象,陶瓷表面无微裂纹。由于金属层与AlN陶瓷之间有刚度较低的活性钎料过渡层,可以避免大量的热应力形成而造成的AlN陶瓷基板微裂纹产生。功率端子键合环节中,IGBT自动化设备能够实现端子的稳固连接。
IGBT模块封装的流程大致如下:X-ray空洞检测,需要检测在敢接过程中出现的气泡情况,即空洞,空洞的存在将会严重影响器件的热阻和散热效率,以致出现过温、烧坏等问题。一般汽车IGBT模块要求空洞率低于1%;接下来是wire bonding工艺,用金属线将die和DBC键合,使用较多的是铝线,其他常用的包括铜线、铜带、铝带;中间会有一系列的外观检测、静态测试,过程中有问题的模块直接报废;重复以上工序将DBC焊接和键合到铜底板上,然后是灌胶、封壳、激光打码等工序;出厂前会做功能测试,包括电气性能的动态测试、绝缘测试、反偏测试等等。IGBT自动化设备通过真空回流焊接确保了贴片的可靠连接和高质量的焊接效果。专业IGBT自动化设备厂商
IGBT自动化设备的应用提升了生产线的生产能力和效率。共晶真空炉规格
IGBT模块的作用:要弄明白IGBT模块,就要先了解新能源汽车的电驱系统,先用一句话概括电驱系统如何工作:在驾驶新能源汽车时,电机控制器把动力电池放出的直流电(DC)变为交流电(AC)(这个过程即逆变),让驱动电机工作,电机将电能转换成机械能,再通过传动系统(主要是减速器)让汽车的轮子跑起来。反过来,把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。什么是“三电系统”和“电驱系统”?三电系统,即动力电池(简称电池)、驱动电机(简称电机)、电机控制器(简称电控),也被人们成为三大件,加起来约占新能源车总成本的70%以上,是决定整车运动性能重要的组件。共晶真空炉规格