创新性的横向弹簧针端子和Mo柱互连解决了现有标准化封装在功率密度和热性能方面的不足,提供芯片顶部和底部的热通路,从而提高散热能力。采用烧结银将芯片连接在两个高导热AlN陶瓷DBA基板之间,通过Mo柱将芯片的源极和栅极连接到上基板,减轻了热机械应力,改善了可靠性。Cu柱支撑封装两侧的基板,并为横向弹簧针端子提供安装表面,横向弹簧针穿过3D打印的外壳将模块连接到高压PCB母线。外壳和弹簧针端子之间采用硅胶垫圈密封,防止密封剂泄漏。将器件安装在两个PCB母线之间,可以实现高密度集成和高度模块化。IGBT自动化设备在壳体塑封过程中,能够准确地点胶和加装底板,确保壳体的牢固性。广东非标真空炉
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。上海静态测试超声波键合机动态测试IGBT自动化设备能够评估器件在瞬态工况下的性能。
SiC宽禁带半导体功率器件更高的开关频率,可以降低无源器件的重量,占用的封装体积也更小,因此可以提高功率器件的功率密度,同时SiC器件具有更高的热导率,可以更高效的把芯片耗散热排出。然而,SiC器件越来越高的电压等级和开关速度也给器件封装带来巨大的挑战。目前现有封装技术的不适配是摆在高压SiC器件应用面前的一道屏障。SiC芯片尺寸小,厚度更薄,而电压等级提高,需要特别关注封装中涉及芯片、基板以及输出端子等薄弱点的电气绝缘问题,如10kVSiCMOSFET的芯片厚度只有100μm,平均电场强度达到100kV/mm,而对于1.7kV的SiIGBT,芯片厚度为210μm,而平均电场强度只有8.1kV/mm。
封装结构双面散热:随着器件功率密度的不断提高,器件封装的热管理变得愈加关键。基于上述总结与分析,优化器件封装散热路径是解决高压大电流高功率密度条件下功率器件散热、降低芯片结温的有效方案。键合线连接器件无法将芯片上表面作为散热通路,采用无键合线封装,充分利用芯片上表面进行散热,热量从芯片上下表面两个路径传递,可增强器件的散热能力,降低芯片结温,提高器件的热性能。为利用芯片上表面散热,研究人员提出了press-pack封装方法,该方法利用压力接触取代键合线和焊料,可降低杂散电感且具有更高的可靠性。该封装使器件具有双面散热的能力。IGBT自动化设备利用X光缺陷检测技术,筛选出合格的半成品,确保产品质量。
IGBT作为重要的电力电子的中心器件,其可靠性是决定整个装置安全运行的重要因素。由于IGBT采取了叠层封装技术,该技术不但提高了封装密度,同时也缩短了芯片之间导线的互连长度,从而提高了器件的运行速率。传统Si基功率模块封装存在寄生参数过高,散热效率差的问题,这主要是由于传统封装采用了引线键合和单边散热技术,针对这两大问题,SiC功率模块封装在结构上采用了无引线互连(wireless interconnection)和双面散热(double-side cooling)技术,同时选用了导热系数更好的衬底材料,并尝试在模块结构中集成去耦电容、温度/电流传感器以及驱动电路等,研发出了多种不同的模块封装技术。通过自动化设备,IGBT模块的工作原理得以实现,确保快速开断和电流流向的精确控制。甘肃非标IGBT自动化设备
自动化设备在IGBT模块的封装中提高了生产工艺的稳定性。广东非标真空炉
伴随着电网规模越来越大,电压等级越来越高,电力系统朝着更加智能化方向发展,高压、大功率和高开关速度要求功率器件承担的功能也更加多样化,工作环境更加恶劣,在此背景下,除芯片自身需具有较高的处理能力外,器件封装结构已成为限制器件整体性能的关键。而传统的封装或受到材料性能的限制或因其自身结构设计不能适应高压大电流高开关速度应用所带来的高温和高散热要求。为保证器件在高压高功率工况下的安全稳定运行,开发结构紧凑、设计简单和高效散热的新型功率器件,成为未来电力系统用功率器件发展的必然要求。广东非标真空炉