高壓大容量IGBT模塊內(nèi)部異質(zhì)材料熱膨脹系數(shù)失配是模塊疲勞老化失效的主要機(jī)理。為了降低模塊異質(zhì)材料間熱膨脹系數(shù)的差異,提高其功率循環(huán)能力與長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性,該文提出功率模塊采用全銅材料實(shí)線電學(xué)互連的思路,系統(tǒng)地研究了IGBT芯片銅金屬化、銅引線鍵合與銅母線端子超聲焊接等新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了IGBT功率模塊全銅化封裝的成套工藝,研發(fā)了基于全銅工藝的大容量高性能750A/6500V IGBT模塊,首次實(shí)現(xiàn)了全銅工藝的高壓模塊。與傳統(tǒng)鋁工藝相比,全銅工藝模塊不僅使導(dǎo)通損耗降低了10%、浪涌電流能力提升了20%,而且功率循環(huán)能力提高了16倍,提升了功率模塊的運(yùn)行韌性與應(yīng)用可靠性。

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【部分圖文】：

圖1銅金屬化750A/6500VIGBT芯片截面

難熔金屬及其氮化物如W、Ti/TiN、Ta/TaN等，由于其良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)被視為理想的阻擋層材料[13]。金屬及其氮化物的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如Ti/TiN、Ta/TaN等結(jié)構(gòu)更為致密，對(duì)銅離子的阻擋效果更好，在阻擋層上通過PVD沉積一層薄Cu作為電鍍的籽晶層，然后再進(jìn)行厚銅....

圖2可靠性試驗(yàn)后IGBT芯片剖面分析

為驗(yàn)證阻擋層對(duì)銅離子的阻擋效果，在銅工藝模塊經(jīng)過125°C高溫、1000hHTRB（高溫反偏）和HTGB（高溫柵偏）可靠性試驗(yàn)后進(jìn)行解剖分析，如圖2所示。通過如圖2a所示的掃描電鏡（SEM）切片觀察，IGBT芯片元胞的橫截面可以看到完整的阻擋層及其清晰的界面；圖2b對(duì)芯片金屬....

圖3IGBT芯片銅金屬化工藝流程

芯片銅金屬化基于傳統(tǒng)鋁工藝流程，但比鋁金屬化工藝要復(fù)雜很多，不僅需要改變表面金屬材料與結(jié)構(gòu)[14]，而且流程更長(zhǎng)，其工藝流程如圖3所示。由于多層金屬結(jié)構(gòu)材料之間熱膨脹系數(shù)失配會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力差，從而增加晶圓翹曲度，降低晶圓加工過程中的良品率。因此，銅電鍍及其后續(xù)退火工藝的過程控制對(duì)減小....

圖4芯片金屬化過程中的典型工藝失效模式

由于多層金屬結(jié)構(gòu)材料之間熱膨脹系數(shù)失配會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力差，從而增加晶圓翹曲度，降低晶圓加工過程中的良品率。因此，銅電鍍及其后續(xù)退火工藝的過程控制對(duì)減小晶圓內(nèi)部應(yīng)力不平衡而引起的晶圓翹曲度至關(guān)重要。圖4顯示了芯片金屬化過程中典型的工藝失效現(xiàn)象。圖4a顯示了因?qū)娱g應(yīng)力不均導(dǎo)致晶圓翹曲（超過....

本文編號(hào)：4005605