發(fā)布時間：2020-07-28 16:23

【摘要】：智能電網(wǎng)用壓接式絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊主要通過壓力接觸實現(xiàn)熱耗散。然而隨著電力電子設備功率等級逐年提高,壓接IGBT承受的電流電壓也越來越高,導致芯片發(fā)熱量很大以及模塊內部由于熱膨脹系數(shù)不匹配帶來的壓力及溫度分布不均勻的問題更加突出,這些問題嚴重削弱了模塊的可靠性。為了克服壓接式IGBT模塊封裝散熱的問題,本文提出了采用納米銀焊膏作為熱界面材料制備燒結式IGBT芯片連接試樣代替壓接模塊中的機械觸點以提高模塊的長期可靠性。為了區(qū)別壓接式IGBT模塊,本文命名該模塊為燒結式IGBT模塊。本文重點研究了不同燒結輔助壓力下制備的單面燒結芯片連接試樣,并將該單面燒結芯片連接試樣應用于壓接式IGBT模塊,以驗證該模塊的可行性。此外,在單面燒結芯片連接試樣的基礎上,還對雙面燒結芯片連接試樣的制備和性能表征進行了探索。首先,對納米銀焊膏的低溫燒結工藝進行了探索,最終確定了采用印刷雙層焊膏并加壓燒結的方法實現(xiàn)大面積芯片的無空洞連接。為了獲得最佳的燒結輔助壓力,將燒結輔助壓力作為研究對象,表征了1,3,5,10 MPa下獲得的燒結銀接頭的機械性能、熱性能、電性能和可靠性。得出隨著燒結輔助壓力的升高,燒結銀接頭的剪切強度增加,孔隙率減小,熱阻降低,可靠性提高,并從微觀分析了燒結輔助壓力對提高燒結銀接頭連接質量的作用機理。其次,考慮到燒結輔助壓力太低,不容易獲得穩(wěn)定、強健的燒結銀接頭;燒結輔助壓力太高反而會使芯片內部產(chǎn)生微裂紋從而損壞芯片。因此,最終選用了3 MPa作為最佳的燒結輔助壓力,并制備了燒結式IGBT模塊。通過對比兩種IGBT模塊的熱阻,得出燒結式IGBT模塊的熱阻比壓接式IGBT模塊的熱阻降低了15.8%,且二者具有一致的電性能,說明了燒結式IGBT模塊的封裝散熱形式具有良好的可行性。為實現(xiàn)芯片的雙面燒結連接,以工作氣壓作為變量,通過測量鍍膜厚度實現(xiàn)了芯片上表面磁控濺射鍍銀金屬化的工藝,并得出0.8Pa為最佳的鍍膜氣壓。然后設計了一次燒結和二次燒結的雙面燒結芯片連接工藝,通過無損檢測和剪切強度測試確定了二次燒結為可行工藝。對該工藝下的燒結銀接頭進行了熱阻和靜態(tài)性能測試,得出雙面燒結芯片連接試樣的熱阻為單面燒結芯片連接試樣熱阻的1/4并且具有良好的靜態(tài)電性能。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN322.8;TB383.1
【圖文】：

研制的焊膏將魚油作為分散劑、α-松油醇作為粘結劑、丙酮等作為稀釋劑并通過調整有機物的含量使焊膏中銀粒子的含量為 88%左右。該焊膏中納米銀粒子分別呈球狀和片狀，如圖1-2所示。球狀納米銀顆粒在較低的溫度下就可以發(fā)生頸連，有助于增加燒結速率，而銀片的存在則可以提高連接強度并能減小缺陷的發(fā)生。而且，粒徑分布寬泛的粉體燒結可以增加堆積密度，降低燒結體的收縮率[11]。為了研究納米銀漿中不同粒徑對燒結接頭性能不同的作用效果，Kielbasinski 等[12]

動力來自系統(tǒng)的表面能。銀顆粒的尺寸越小，其吉布斯自由能降低的推動下，系統(tǒng)的表面能降低焊膏發(fā)生收縮，體積減小，最終實現(xiàn)致密化燒結將燒結分為兩大類：加壓燒結和無壓燒結。因此加的輔助壓力。施加輔助燒結壓力可以降低燒結化燒結過程，提高銀接頭致密度，提高連接質量等靜壓等。度是否有貢獻的角度講，納米銀焊膏的燒結過致密化過程。低溫下主要發(fā)生的是非致密化擴粒子表面的銀原子向銀粒子的接觸面處擴散聚在這個階段，銀粒子間的距離并未發(fā)生變化，也非致密化過程。隨著燒結溫度的升高，擴散所擴散開始占主導作用，接觸顆粒的中心距離逐開始收縮，體積減小，該過程發(fā)生的為致密化

第 1 章 緒論接式 IGBT 模塊采用引線鍵合主導的芯片互連工藝為核心，典型的 1-4 所示，包括 IGBT 芯片和快速恢復二極管，直接覆銅（Direct er，DBC）陶瓷基板，焊料層，鍵合引線，散熱銅底板，灌封材料， IGBT芯片和續(xù)流二極管芯片通過回流焊等互連方法連接到DBC基線鍵合的方法將芯片的電極引出到 DBC 的焊盤上，之后將粘有基板焊接到散熱銅底板上，最后安裝管殼并填充灌封膠[35]。

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本文編號：2773136