目前的陶瓷基板材料主要有:Al2O3、ALN、Si3N4、BeO、SiC等。其中Al2O3陶瓷开发较早,技术更为成熟,成本更低,应用更普遍,但Al2O3陶瓷的热导率只为17~25W/(m·K),且与Si及GaAs等半导体材料的热膨胀系数匹配性较差,限制了其在高频、大功率、高集成电路中的使用。SiC陶瓷基板的热导率高,热膨胀系数与Si更为相近,但其介电性能(εr=42)较差,烧结损耗大、难以致密,成本高,限制了其大批量应用。Si3N4虽然强度、韧性高、可靠性高,以其等优异的综合热力学性能成为较有前途的大功率候选材料之一,但多晶Si3N4陶瓷在室温下的热导率均较低,且关键技术都掌握在日本,限制了在国内Si3N4基板在IGBT组件中的应用。IGBT自动化设备的应用提升了功率半导体模块封装的工艺技术水平,使其适应更高的功率密度和恶劣环境。湖北动态测试DBC底板贴装机
对于AMB基板,由于中间有1层活性钎料,其中的Ti元素对附着力起到关键因素,Ti元素与AlN基板反应生成TiN,可以提升金属层的附着力。对于DBC基板,在覆铜过程中Cu箔与微量氧气生成Cu2O,而Cu2O可以与金属Cu形成共晶组织。AlN基板在覆Cu箔之前通常需要对其进行预氧化处理,形成几个μm厚度的Al2O3层,Cu2O与Al2O3可以在高温下生成CuAlO2化合物,因此AlN基板与覆Cu层具有很好的界面结合。TFC基板的附着力主要由浆料内部的玻璃成分决定,高温烧结过程中玻璃软化并与陶瓷基板润湿产生结合,此外软化的玻璃还可以锚接铜粉烧结形成的金属化层,从而使金属化层与陶瓷基板牢固结合。对于DPC陶瓷基板,电镀Cu层与AlN基板之间只有一层Ti薄膜层,该薄膜与陶瓷基板只有物理结合,因此金属层结合力较低。广西外壳组装兼容设备市价动态测试IGBT自动化设备能够验证器件在不同工况下的性能表现。
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。
直接导线键合结构(DLB):直接导线键合结构至大的特点就是利用焊料,将铜导线与芯片表面直接连接在一起,相对引线键合技术,该技术使用的铜导线可有效降低寄生电感,同时由于铜导线与芯片表面互连面积大,还可以提高互连可靠性。三菱公司利用该结构开发的IGBT模块,相比引线键合模块内部电感降低至57%,内部引线电阻减小一半。SKiN模块结构也是一种无引线键合的结构,它采用了双层柔软的印刷线路板同时用于连接MOSFET和用作电流通路。为进一步降低寄生效应,使用多层衬底的2.5D和3D模块封装结构被开发出来用于功率芯片之间或者功率芯片与驱动电路之间的互连。在壳体灌胶与固化过程中,IGBT自动化设备能够确保完整的绝缘保护和固化效果。
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。深圳真空封盖自动线市价
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TFC金属化是一种在AlN陶瓷基板上制作铜膜的过程,它通过使用铜浆料和丝网印刷技术,将铜浆料均匀地涂布在基板上。在涂布完成后,通过850℃真空烧结处理,使铜膜与基板牢固结合,并形成TFC覆铜AlN基板。DBC金属化则是一种将AlN基板与铜箔进行冶金结合的制作方法。首先将AlN基板与铜箔精确对齐,然后将它们装配在一起,施加一定的压力。随后,在控制炉内氧分压的情况下,将温度加热至1065℃,使得铜箔表面的氧化物薄层与AlN基板表面氧化产生的三氧化二铝(Al2O3)发生化学反应,生成一种称为CuAlO2的化合物。这种化合物将铜箔和AlN基板紧密地结合在一起,形成冶金结合。而AMB金属化是一种在AlN表面制作铜膜的另一种方法。首先,在AlN表面涂布一层含有银(Ag)、铜(Cu)和钛(Ti)的焊膏,然后覆盖一层铜箔。接下来,将样件置于真空环境中,加热至890℃并保持一段时间,这样就可以使AlN表面上的焊膏与铜箔发生反应,形成一层坚固的铜膜。这样制作的覆铜AlN基板具有良好的导热性能,可用于高功率电子器件的封装。湖北动态测试DBC底板贴装机