絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為常見的功率器件,具有開斷速度快、能實(shí)現(xiàn)電流的直流與交流轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。IGBT芯片與直接覆銅陶瓷板之間的連接層在封裝結(jié)構(gòu)中起到支撐和散熱作用,是封裝結(jié)構(gòu)中的薄弱部分。連接層通常采用釬焊工藝形成,因此,釬焊接頭質(zhì)量的好壞是影響IGBT器件可靠性的重要因素。由于IGBT芯片在運(yùn)行過程中功率損耗產(chǎn)生熱量,作為常見的釬焊工藝缺陷,空洞會降低散熱性能,從而導(dǎo)致IGBT失效率增加。同時,IGBT器件在運(yùn)行過程中溫度波動較大,會導(dǎo)致不同的材料之間由于熱膨脹系數(shù)不同而開裂,影響長期可靠性�；趯�(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,本文針對空洞對散熱的影響進(jìn)行熱模擬,分析了不同的工藝方法對空洞率影響,并對熱沖擊過程中的變化進(jìn)行了研究,為IGBT器件可靠性提供了理論依據(jù)。首先,采用穩(wěn)態(tài)熱模擬方法研究了空洞對IGBT芯片最高溫度的影響,研究表明:空洞率增加會導(dǎo)致芯片最高溫度升高;在空洞率相同情況下,不同的空洞位置對芯片最高溫度影響不同;總的空洞率不變情況下,空洞數(shù)目增加會降低芯片最高溫度;多個空洞存在時,空洞分布形式對芯片最高溫度有一定影響;釬焊接頭厚度增加導(dǎo)致最高溫度上... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

IGBT功率模塊及其應(yīng)用Fig.1-1IGBTpowermoduleandapplication

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2IGBT封裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-2ThepackagestructureofIGBT目前工業(yè)制造過程中IGBT封裝主要的工藝步驟如下：（1）在貼片過程中將芯片準(zhǔn)確放置在直接覆銅陶瓷板上恰當(dāng)位置，同時將直接覆銅陶瓷板放置在銅底板上面；（2）對芯片~DBC板、DBC板~Cu板通過使用相同或不同熔點(diǎn)的釬料合金進(jìn)行一次或二次釬焊連接；（3）利用等離子清洗技術(shù)對釬焊后的半成品進(jìn)行清洗，去除助焊劑殘留物和表面氧化物；（4）采用X射線檢測技術(shù)或超聲波掃描檢測技術(shù)對半成品的釬焊接頭空洞進(jìn)行檢測，剔除不合格的殘次品；（5）采用鍵合引線對芯片與芯片之間、芯片與直接覆銅陶瓷板之間進(jìn)行連接；（6）對殼體進(jìn)行塑封，在殼體內(nèi)抽真空后，注入A、B膠體，然后進(jìn)行一段時間的高溫固化；（7）加裝頂蓋并將端子折彎，產(chǎn)品基本成型；（8）對成型的產(chǎn)品進(jìn)行一系列的可靠性檢驗以及性能測試，確保滿足IGBT使用過程中的要求；（9）對測試合格產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)日期等的打標(biāo)。1.2IGBT芯片互連方法對功率器件IGBT封裝結(jié)構(gòu)而言，器件封裝特點(diǎn)與微電子封裝有較大差別，IGBT在工作中會產(chǎn)生大量的熱量，所以對封裝結(jié)構(gòu)的散熱要求較高，能保證IGBT封裝結(jié)構(gòu)有好的熱穩(wěn)定性，同時，IGBT的封裝尺寸大，導(dǎo)致在連接過程中形成的工藝缺陷較多。在IGBT封裝結(jié)構(gòu)中，芯片與DBC板的連接部分需要傳遞由芯片功耗帶來的熱量，因此質(zhì)量良好的連接層是IGBT器件高可靠性的保障。所以，芯片界面互連技術(shù)已經(jīng)成為了IGBT封裝工藝中最重要環(huán)節(jié)，目前常采用的芯片互連技術(shù)主要包括瞬時液相擴(kuò)散焊技術(shù)、納米銀低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，以及釬焊技術(shù)等[13]。

左右，在功率器件應(yīng)用中能滿足散熱要求。同時納米銀低的彈性模量可以緩解熱應(yīng)力，增加溫度循環(huán)能力。目前對在IGBT封裝中采用納米銀低溫?zé)Y(jié)技術(shù)做了大量研究，發(fā)現(xiàn)在熱循環(huán)過程中，芯片-納米銀燒結(jié)層-直接覆銅陶瓷板結(jié)構(gòu)在多次循環(huán)后接頭強(qiáng)度依舊很高，未出現(xiàn)裂紋[19]。除此之外，納米銀膏高溫穩(wěn)定性好，在175℃恒溫時效達(dá)到1500h后剪切強(qiáng)度依舊大于25MPa[20]。但納米銀低溫?zé)Y(jié)技術(shù)由于材料制備復(fù)雜，銀價格較高，成本比傳統(tǒng)的焊料高，目前還沒有在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用[21,22]。(a)納米銀燒結(jié)工藝過程(b)納米銀燒結(jié)層圖1-5納米銀低溫?zé)Y(jié)技術(shù)Fig.1-5Nano-silverlow-temperaturesinteringtechnology(a)Nanosilversinteringprocess;(b)nanosilversinteringlayer

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3578054