【摘要】：隨著電力電子的發(fā)展,功率器件也逐步向著小型化、微型化方向加速進展。在某些具體領(lǐng)域中,功率器件或者說功率芯片(模塊)短小輕薄、高性能的要求極為迫切。當前功率器件廣泛應用在電力電子系統(tǒng)中,已經(jīng)成為大型功率設(shè)備的主要組件(例如:雷達、電子儀器、自動控制等設(shè)備)。碳化硅(Si C)基功率器件具有擊穿電壓高,開關(guān)速度快,導通電阻低,抗輻射和耐高溫等特性,在功率器件領(lǐng)域中有巨大的發(fā)展前景,然而在器件制造中存在著一系列困難。利用IPM(智能功率模塊,Intelligent Power Modul)封裝技術(shù),將有望制造出大功率器件。因此利用三維堆疊技術(shù)獲得高性能功率器件的研究具有非常重要的實用價值。本文通過探索堆疊工藝,實現(xiàn)了多個低電壓芯片的三維堆疊,最終獲得高電壓器件(IPM模塊)。本文主要目標是利用封裝的方法通過堆疊設(shè)計一款高壓功率器件來提高功率器件的高壓性能。實驗以一款國產(chǎn)SiC功率芯片(SiC-SBD)為堆疊對象,針對性地對此款雙極型SiC功率芯片進行三維堆疊設(shè)計。利用已有的知識和工藝能力,提出了幾種不同的三維堆疊方案。通過解剖硅堆和分析,從不同角度對芯片三維堆疊設(shè)計方案進行修正,最終選擇用Au凸點作焊接電極的方案完成芯片堆疊。實驗內(nèi)容是使用與SiC-SBD相同結(jié)構(gòu)的硅基假芯片來實現(xiàn)功率芯片的三維堆疊,并對Au-Ag鍵合機理展開討論。芯片電極的陽極金屬材料為Ti/Al,表面材料為Al,總厚度4μm;陰極金屬材料為Ti/Ni/Ag,表面材料為Ag,總厚度1.6μm。用引線鍵合工藝在陽極表面制作Au凸點,并通過熱壓鍵合完成多個芯片堆疊。這種Au凸點堆疊方案減小了芯片互連距離和其他寄生效應,可以獲得性能優(yōu)異的高壓器件。實驗優(yōu)化引線鍵合和熱壓鍵合參數(shù),獲得了可靠的堆疊工藝參數(shù)。此外,通過剪切力實驗對鍵合的可靠性加以驗證,最后利用FEI QUANTA FEG 450分析鍵合界面,并提出鍵合機理。
【圖文】：

同時也開啟了電力電子學發(fā)展，此后人們便開始更好地利用電能。1958年美國通用公司使晶閘管（被稱為可控硅整流器）商業(yè)化；1960 年由普通晶閘管研制出快速晶閘管和雙向晶閘管；1970 年研制出可關(guān)斷晶閘管(GTO)；如圖 1-1 功率半導體器件發(fā)展進程，可以看出功率器件借助于雙極型半導體器件促進了二十世紀六七十年代電力輸運方面大發(fā)展，主要器件為 GTO(可關(guān)斷晶閘管)和 SBD(肖特基二極管)。1980 年 VDMOS（垂直雙擴散金屬-氧化物場效應管）的發(fā)明，，一方面讓集成電路進入快速發(fā)展通道，另一方面，電力電子技術(shù)邁入高壓高頻的智能設(shè)備領(lǐng)域。1990 年以后，隨著汽車、電子產(chǎn)品、電腦、手機等消費電子市場的發(fā)展，MOS-FET 功率芯片快速崛起。從發(fā)展工程中看到，功率器?

圖 1-2 功率器件性能[5]電子器件分類器件按照其主要特征可大體分為四大類：控制類型可分為：a、可控型；b、不可控型；載流子類型可分為：a、復合型；b、雙極型；c、單
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN405

【參考文獻】

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本文編號：2579210