【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(jìn)展。在某些具體領(lǐng)域中,功率器件或者說(shuō)功率芯片(模塊)短小輕薄、高性能的要求極為迫切。當(dāng)前功率器件廣泛應(yīng)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(dá)、電子儀器、自動(dòng)控制等設(shè)備)。碳化硅(Si C)基功率器件具有擊穿電壓高,開(kāi)關(guān)速度快,導(dǎo)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(shí)用價(jià)值。本文通過(guò)探索堆疊工藝,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)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(biāo)是利用封裝的方法通過(guò)堆疊設(shè)計(jì)一款高壓功率器件來(lái)提高功率器件的高壓性能。實(shí)驗(yàn)以一款國(guó)產(chǎn)SiC功率芯片(SiC-SBD)為堆疊對(duì)象,針對(duì)性地對(duì)此款雙極型SiC功率芯片進(jìn)行三維堆疊設(shè)計(jì)。利用已有的知識(shí)和工藝能力,提出了幾種不同的三維堆疊方案。通過(guò)解剖硅堆和分析,從不同角度對(duì)芯片三維堆疊設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修正,最終選擇用Au凸點(diǎn)作焊接電極的方案完成芯片堆疊。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是使用與SiC-SBD相同結(jié)構(gòu)的硅基假芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)功率芯片的三維堆疊,并對(duì)Au-Ag鍵合機(jī)理展開(kāi)討論。芯片電極的陽(yáng)極金屬材料為T(mén)i/Al,表面材料為Al,總厚度4μm;陰極金屬材料為T(mén)i/Ni/Ag,表面材料為Ag,總厚度1.6μm。用引線鍵合工藝在陽(yáng)極表面制作Au凸點(diǎn),并通過(guò)熱壓鍵合完成多個(gè)芯片堆疊。這種Au凸點(diǎn)堆疊方案減小了芯片互連距離和其他寄生效應(yīng),可以獲得性能優(yōu)異的高壓器件。實(shí)驗(yàn)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(guò)剪切力實(shí)驗(yàn)對(duì)鍵合的可靠性加以驗(yàn)證,最后利用FEI QUANTA FEG 450分析鍵合界面,并提出鍵合機(jī)理。
【圖文】：

同時(shí)也開(kāi)啟了電力電子學(xué)發(fā)展，此后人們便開(kāi)始更好地利用電能。1958年美國(guó)通用公司使晶閘管（被稱(chēng)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(dǎo)體器件發(fā)展進(jìn)程，可以看出功率器件借助于雙極型半導(dǎo)體器件促進(jìn)了二十世紀(jì)六七十年代電力輸運(yùn)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(kuò)散金屬-氧化物場(chǎng)效應(yīng)管）的發(fā)明，，一方面讓集成電路進(jìn)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(chē)、電子產(chǎn)品、電腦、手機(jī)等消費(fèi)電子市場(chǎng)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(lèi)器件按照其主要特征可大體分為四大類(lèi)：控制類(lèi)型可分為：a、可控型；b、不可控型；載流子類(lèi)型可分為：a、復(fù)合型；b、雙極型；c、單
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN405

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本文編號(hào)：2579210