微通道散熱器采用低溫共燒陶瓷(LTCC)制成，由于press-pack封裝沒(méi)有內(nèi)部絕緣，熱沉的引入增大了回路的寄生電感，上下兩側(cè)的微通道散熱器設(shè)計(jì)可提供足夠的散熱能力，同時(shí)外形上厚度較薄可降低功率回路的電感。微通道散熱器的電氣回路和冷卻回路分離，可以使用非介電流體進(jìn)行冷卻。雖然LTCC的導(dǎo)熱性不如金屬和AlN陶瓷好，但仿真結(jié)果表明，在總熱耗散為60W，采用LTCC微通道熱沉水冷散熱時(shí)，SiC芯片至大結(jié)溫只為85℃，并聯(lián)芯片間的至大結(jié)溫差小于0.9℃，并聯(lián)芯片的結(jié)溫分布比較均勻。結(jié)到熱沉熱阻為0.2℃/W，熱沉至高溫度為73℃，熱沉到冷卻劑的熱阻為0.8℃/W。IGBT自動(dòng)化設(shè)備確保封裝過(guò)程中IGBT模塊的穩(wěn)定性和可靠性。高精度共晶真空爐尺寸
在2.5D結(jié)構(gòu)中，不同的功率芯片被焊接在同一塊襯底上，而芯片間的互連通過(guò)增加的一層轉(zhuǎn)接板中的金屬連線實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)接板與功率芯片靠得很近，需要使用耐高溫的材料，低溫共燒陶瓷（LTCC）轉(zhuǎn)接板常被用于該結(jié)構(gòu)，下圖為一種2.5D模塊封裝結(jié)構(gòu)。而在3D模塊封裝結(jié)構(gòu)中，兩塊功率芯片或者功率芯片和驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)金屬通孔或凸塊實(shí)現(xiàn)垂直互連，是一種利用緊壓工藝（Press-Pack）實(shí)現(xiàn)的3D模塊封裝，這種緊壓工藝采用直接接觸的方式而不是引線鍵合或者焊接方式實(shí)現(xiàn)金屬和芯片間的互連，該結(jié)構(gòu)包含3層導(dǎo)電導(dǎo)熱的平板，平板間放置功率芯片，平板的尺寸由互連的芯片尺寸以及芯片表面需要互連的版圖結(jié)構(gòu)確定，整個(gè)結(jié)構(gòu)的厚度一般小于5mm。廣東高精度外殼組裝兼容設(shè)備自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用使IGBT模塊的封裝工藝更加智能化和高效化。
伴隨著電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，電壓等級(jí)越來(lái)越高，電力系統(tǒng)朝著更加智能化方向發(fā)展，高壓、大功率和高開(kāi)關(guān)速度要求功率器件承擔(dān)的功能也更加多樣化，工作環(huán)境更加惡劣，在此背景下，除芯片自身需具有較高的處理能力外，器件封裝結(jié)構(gòu)已成為限制器件整體性能的關(guān)鍵。而傳統(tǒng)的封裝或受到材料性能的限制或因其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能適應(yīng)高壓大電流高開(kāi)關(guān)速度應(yīng)用所帶來(lái)的高溫和高散熱要求。為保證器件在高壓高功率工況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行，開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和高效散熱的新型功率器件，成為未來(lái)電力系統(tǒng)用功率器件發(fā)展的必然要求。
封裝結(jié)構(gòu)散熱類型：以傳統(tǒng)半導(dǎo)體Si芯片和單面散熱封裝為表示的常規(guī)封裝器件獲得了良好的發(fā)展和應(yīng)用，技術(shù)上發(fā)展相對(duì)比較成熟。但隨著對(duì)更高電壓等級(jí)更高功率密度需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)應(yīng)用于Si器件的封裝技術(shù)已不能夠滿足現(xiàn)有發(fā)展和應(yīng)用的要，目前傳統(tǒng)Si基芯片的至高結(jié)溫不超過(guò)175℃，溫度循環(huán)的范圍至大不超過(guò)200℃。相比Si器件，SiC器件在導(dǎo)通損耗、開(kāi)關(guān)頻率和具有高溫運(yùn)行能力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，至高理論工作結(jié)溫更是高達(dá)600℃。若采用現(xiàn)有Si基封裝技術(shù)，那么以SiC為表示的寬禁帶半導(dǎo)體將無(wú)法充分發(fā)揮其高溫運(yùn)行的能力。IGBT自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷過(guò)程中的錫膏均勻覆蓋和準(zhǔn)確定位。
針對(duì)氮化鋁陶瓷基板的IGBT應(yīng)用展開(kāi)分析，著重對(duì)不同金屬化方法制備的覆銅AlN基板進(jìn)行可靠性進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)比厚膜法、薄膜法、直接覆銅法和活性金屬釬焊法金屬化AlN基板的剝離強(qiáng)度、熱循環(huán)、功率循環(huán)，分析結(jié)果可知，活性金屬釬焊法制備的AlN覆銅基板優(yōu)于其他工藝基板，剝離強(qiáng)度25MPa，（-40~150）℃熱循環(huán)達(dá)到1500次，能耐1200A/3.3kV功率循環(huán)測(cè)試7萬(wàn)次，滿足IGBT模塊對(duì)陶瓷基板可靠性需求。在電力電子的應(yīng)用中，大功率電力電子器件IGBT是實(shí)現(xiàn)能源控制與轉(zhuǎn)換的中心，普遍應(yīng)用于高速鐵路、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域。隨著能量密度提高，功率器件對(duì)陶瓷覆銅基板的散熱能力和可靠性的要求越來(lái)越高。在自動(dòng)鍵合階段，IGBT自動(dòng)化設(shè)備能夠精確地進(jìn)行鍵合打線，實(shí)現(xiàn)電路的完整連接。專業(yè)DBC底板貼裝機(jī)尺寸
IGBT自動(dòng)化設(shè)備為動(dòng)態(tài)測(cè)試提供了可靠的電源和載荷控制。高精度共晶真空爐尺寸
探索IGBT模塊中不同金屬化方法覆銅氮化鋁陶瓷基板的可靠性研究方法：使用厚度1mm的AlN陶瓷基板，無(wú)氧高導(dǎo)電銅箔(OFHC，0.05mm)，五水硫酸銅（CuSO4·5H2O），鹽酸（HCl），硫酸（H2SO4），Cu-P陽(yáng)極板（P含量0.05%），AgCuTi活性金屬焊膏（Ti含量4.5%），燒結(jié)Cu漿。將AlN陶瓷和銅箔切割為尺寸10mm×10mm的正方形塊狀，并使用1000目砂紙打磨表面，然后在蒸餾水浴中超聲清洗20min備用。DPC金屬化：采用磁控濺射先在AlN陶瓷表面制備厚約1μm的Ti打底層，再制備一層厚約3μm的Cu種子層增厚至約50μm，完成金屬化。高精度共晶真空爐尺寸