絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為常見(jiàn)的功率器件,具有開(kāi)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(guò)程中功率損耗產(chǎn)生熱量,作為常見(jiàn)的釬焊工藝缺陷,空洞會(huì)降低散熱性能,從而導(dǎo)致IGBT失效率增加。同時(shí),IGBT器件在運(yùn)行過(guò)程中溫度波動(dòng)較大,會(huì)導(dǎo)致不同的材料之間由于熱膨脹系數(shù)不同而開(kāi)裂,影響長(zhǎng)期可靠性。基于實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題,本文針對(duì)空洞對(duì)散熱的影響進(jìn)行熱模擬,分析了不同的工藝方法對(duì)空洞率影響,并對(duì)熱沖擊過(guò)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(duì)IGBT芯片最高溫度的影響,研究表明:空洞率增加會(huì)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(duì)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(huì)降低芯片最高溫度;多個(gè)空洞存在時(shí),空洞分布形式對(duì)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... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(guò)程中IGBT封裝主要的工藝步驟如下：（1）在貼片過(guò)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(shí)將直接覆銅陶瓷板放置在銅底板上面；（2）對(duì)芯片~DBC板、DBC板~Cu板通過(guò)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(duì)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(cè)技術(shù)或超聲波掃描檢測(cè)技術(shù)對(duì)半成品的釬焊接頭空洞進(jìn)行檢測(cè)，剔除不合格的殘次品；（5）采用鍵合引線對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)成型的產(chǎn)品進(jìn)行一系列的可靠性檢驗(yàn)以及性能測(cè)試，確保滿足IGBT使用過(guò)程中的要求；（9）對(duì)測(cè)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(duì)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(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以對(duì)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(shí)，IGBT的封裝尺寸大，導(dǎo)致在連接過(guò)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(lái)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(shí)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(shí)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(duì)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(guò)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(shí)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(jià)格較高，成本比傳統(tǒng)的焊料高，目前還沒(méi)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(guò)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
[1]我國(guó)新能源車(chē)用IGBT模塊封裝技術(shù)發(fā)展[J]. 邵麗青,李旭東.  汽車(chē)與配件. 2019(24)
[2]焊片對(duì)釬焊空洞率的影響研究[J]. 蔡航偉,杜昆.  焊接技術(shù). 2019(10)
[3]汽車(chē)級(jí)IGBT模塊功率循環(huán)及溫度循環(huán)壽命對(duì)比與分析[J]. 張瑾,仇志杰,王磊,寧圃奇.  中國(guó)電力. 2019(09)
[4]超聲掃描在IGBT模塊焊層缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 王剛明,李聰成,牛利剛,王玉林,滕鶴松.  電子工藝技術(shù). 2019(01)
[5]高功率芯片釬焊預(yù)成形焊片的空洞控制[J]. 徐建麗.  焊接技術(shù). 2018(12)
[6]焊料層空洞對(duì)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊溫度分布的影響[J]. 孫海峰,楊舒曼.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2018(32)
[7]SnAgCu/Cu釬焊接頭熱循環(huán)時(shí)效組織與性能[J]. 楊曉華,楊思佳,兌衛(wèi)真,李曉延.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2018(04)
[8]AuSn焊料預(yù)熱溫度對(duì)高功率半導(dǎo)體激光器封裝質(zhì)量影響的研究[J]. 趙梓涵,王憲濤,王海衛(wèi).  長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(02)
[9]基于高溫鉛錫合金焊料低空洞率焊接研究[J]. 項(xiàng)羅毅,顏廷剛.  裝備制造技術(shù). 2016(12)
[10]IGBT模塊封裝底板的氧化程度對(duì)焊接空洞率的影響分析[J]. 黃小娟,王豹子,葉娜,謝龍飛,高凡,劉超.  電子產(chǎn)品世界. 2016(05)

博士論文
[1]IGBT功率模塊封裝可靠性研究[D]. 徐玲.華中科技大學(xué) 2016
[2]功率器件無(wú)鉛焊料焊接層可靠性研究[D]. �？×�.中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所） 2005

碩士論文
[1]釬焊界面氣泡演變行為及對(duì)界面反應(yīng)的影響[D]. 孫俊豪.大連理工大學(xué) 2015
[2]Cu-Al化合物對(duì)SnAgCu焊點(diǎn)可靠性的影響[D]. 張志鑫.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]電動(dòng)汽車(chē)逆變器大功率IGBT模塊新型封裝技術(shù)研究[D]. 任恩賢.天津大學(xué) 2014
[4]納米銀焊膏低溫?zé)Y(jié)在IGBT模塊制造中的應(yīng)用[D]. 唐思熠.天津大學(xué) 2012
[5]功率器件SnAgCu無(wú)鉛焊接層可靠性研究[D]. 張貴平.華中科技大學(xué) 2008
[6]無(wú)鉛合金釬焊接頭熱疲勞性能的研究[D]. 高原.北京工業(yè)大學(xué) 2007



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