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IGBT功率模塊封裝主要面臨哪些問題?

作者:海飛樂技術 時間:2019-01-07 17:45

  功率器件的封裝正朝著小體積和3D封裝發展,在工作損耗不變的情況下,使得器件的發熱功率密度變得更大,在熱導率和熱阻相同的情況下,會使得封裝體和裸芯的溫度更高,高溫會帶來許多問題;
(1)熱-電效應
  高溫使得半導體器件的性能下降,如通態電阻增大、導通壓降增加、電流上升變緩等。
(2)熱-機械效應
  高溫使得物體發生明顯膨脹,由于不同材料的熱膨脹系數不同,不匹配的膨脹系數會使得封裝內部各部分之間產生熱應力,嚴重時會產生變形甚至破裂。
(3)熱-分子效應
  高溫使得鍵合、焊接部位的強度降低,影響接觸性能。
(4)熱-化學性能
  裸露的金屬(引腳、焊盤等)在高溫下更容易受到外界的腐蝕。
  為了使得器件在體積和熱性能發面得到兼顧,除了繼續減小器件的導通阻抗,還有兩種思路。第一種是加快熱量從裸芯-封裝體-熱沉的傳遞速度以及封裝器件對外的熱傳遞,即增加熱導率,減小熱阻;另一種是減小高溫對器件各部分的影響,即分析熱效應。減小熱阻不僅是單片封裝需要考慮的問題,也是模塊封裝的基礎;而從熱效應出發,往往需要對研制和工藝提出很高的要求,因此從熱阻出發進行熱設計效率更高。
 
  迄今為止,功率模塊主要采用平面封裝結構,內部互連技術多采用引線鍵合技術。芯片在切換過程中會產生損耗,損耗轉換成熱量,通過封裝模塊材料擴散到周圍環境中。隨著IGBT器件功率密度的增大,散熱性能是非常關鍵的問題。IGBT堆疊結構不但可以提高功率密度,還有效地解決了整個模塊的散熱性能。陶瓷基板與襯底直接相連,快速的將熱量傳遞到周圍環境中。堆疊封裝結構也是本章主要研究的封裝形式。




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