碳化硅功率器件的高溫封裝技術(shù)介紹
在進(jìn)行芯片正面連接時(shí)可用銅線(xiàn)替代鋁線(xiàn),消除鍵合線(xiàn)與DBC銅層之間的熱膨脹系數差異,極大地提高模塊工作的可靠性。此外,鋁帶、銅帶連接工藝因其更大的截流能力、更好的功率循環(huán)以及散熱能力,也有望為碳化硅提供更佳的解決方案。
錫片或錫膏常用于芯片和DBC板的連接,焊接技術(shù)非常成熟而且簡(jiǎn)單,通過(guò)調整焊錫成分比例,改進(jìn)錫膏印刷技術(shù),真空焊接減小空洞率,添加還原氣體等可實(shí)現極高質(zhì)量的焊接工藝。但焊錫熱導率較低,且會(huì )隨溫度變化,并不適宜SiC器件在高溫下工作。此外,焊錫層的可靠性問(wèn)題也是模塊失效的一大原因。
燒結銀連接技術(shù)憑借其極高的熱導率,低燒結溫度,高熔點(diǎn)等優(yōu)勢,有望取代焊錫成為SiC器件的新型連接方法。銀燒結工藝通常是將銀粉與有機溶劑混合成銀焊膏,再印刷到基板上,通過(guò)預熱除去有機溶劑,然后加壓燒結實(shí)現芯片和基板的連接。為降低燒結溫度,一種方法是增大燒結中施加的壓力,但同時(shí)也增加了相應的設備成本,且容易造成芯片損壞;另一種方法是減小銀顆粒的體積如采用納米銀顆粒,但顆粒加工成本高,所以很多研究繼續針對微米銀顆粒進(jìn)行研究以得到合適的燒結溫度、壓力、時(shí)間參數來(lái)現更加理想的燒結效果。
此外,為確保碳化硅器件穩定工作,陶瓷基板和金屬底板也需要具備良好的高溫可靠性。不同材料間熱膨脹系數差異越大,材料層間熱應力就越高,可靠性越低。所以選用熱導率高、熱膨脹系數值和碳化硅材料相近的材料是提高封裝可靠性和關(guān)鍵所在。
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