功率模塊封裝工藝有哪些

本文介紹了有哪些功率模塊封裝工藝。

功率模塊封裝工藝

典型的功率模塊封裝工藝在市場(chǎng)上主要分為三種形式，每種形式都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。以下是這三種封裝工藝的詳細(xì)概述及分點(diǎn)說(shuō)明：

一、智能功率模塊（IPM）封裝工藝

工藝特點(diǎn)：

塑封、多芯片封裝，包括ICBT、FRD及高低壓IC等元器件。

采用引線框架、DBC（直接敷銅板）、焊料裝片、金鋁線混打等工藝。

目標(biāo)市場(chǎng)為白電應(yīng)用、消費(fèi)電子及部分功率不大的工業(yè)場(chǎng)所。

封裝類(lèi)型：

純框架銀膠裝片類(lèi)：主要用于小功率家電電源、水泵調(diào)速變頻控制等場(chǎng)合?；趥鹘y(tǒng)IC封裝方式，采用銅線內(nèi)互聯(lián)和全塑封。

純框架軟釬焊和銀膠混合裝片類(lèi)：具有散熱片（一般為陶瓷），功率芯片采用粗鋁線，芯片控制部分采用金銅線內(nèi)互聯(lián)。適用于白電變頻調(diào)控的大多數(shù)場(chǎng)合。

特殊工藝：

散熱片安裝工藝：采用硅膠黏結(jié)陶瓷片后烘干，需控制點(diǎn)膠涂布的均勻性、加熱和加壓，保證可靠連接并控制氣泡及厚度。

綁線夾具設(shè)計(jì)：先做鋁線，因其剛度好，可抗倒伏。

金銅線壓板設(shè)計(jì)：需避開(kāi)已綁線的鋁線區(qū)域，抬高打線區(qū)域。

二、灌膠盒封功率模塊封裝工藝

工藝特點(diǎn)：

一般采用DBC、粗鋁線或粗銅線鍵合、銅片釬接等工藝。

焊料裝片或銀燒結(jié)工藝，端子采用焊接壓接方式。灌入導(dǎo)熱絕緣混合膠保護(hù)，塑料盒外殼。

適用場(chǎng)景：

適用于大功率工業(yè)品和汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景。

三、結(jié)合前兩種優(yōu)勢(shì)的功率模塊封裝工藝

工藝特點(diǎn)：

采用DBC、銅柱、焊料裝片或銀燒結(jié)工藝。打線或銅片釬接內(nèi)互聯(lián)，塑封形成雙面散熱通道。

SiC模塊發(fā)展趨勢(shì)：

采用銀燒結(jié)代替焊料，以充分發(fā)揮SiC材料的耐高溫優(yōu)勢(shì)。采用銅（銅線、銅片）做內(nèi)互聯(lián)代替粗鋁線內(nèi)互聯(lián)。

以上三種功率模塊封裝工藝各具特色，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。IPM封裝工藝以其高效、集成度高的特點(diǎn)，在白電應(yīng)用、消費(fèi)電子等領(lǐng)域占據(jù)重要地位；灌膠盒封功率模塊則以其高功率密度和可靠性，在大功率工業(yè)品和汽車(chē)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；而結(jié)合前兩者優(yōu)勢(shì)的封裝工藝，則在未來(lái)SiC模塊的發(fā)展中展現(xiàn)出巨大潛力。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的封裝工藝，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和成本效益。

DBC類(lèi)IPM封裝線路

焊料裝片DBC類(lèi)IPM封裝線路是功率模塊封裝技術(shù)的一個(gè)重要里程碑，以下是對(duì)其分點(diǎn)概述：

一、DBC基板的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

DBC基板：作為功率模塊的核心部件，DBC基板既滿足了功率器件內(nèi)互聯(lián)和導(dǎo)熱散熱的需求，又因其絕緣性符合安規(guī)要求，特別適用于大功率場(chǎng)合。

二、DBC類(lèi)型IPM的特點(diǎn)

集成度高：DBC類(lèi)型的IPM采用了SMT（表面貼裝技術(shù)），將功率芯片和被動(dòng)元器件（如電容、電阻）有效地集成并封裝在一塊基板上，提高了芯片集成度。

粗鋁線內(nèi)互聯(lián)：通過(guò)粗鋁線實(shí)現(xiàn)內(nèi)互聯(lián)，提高了功率傳輸效率。

框架設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)抬高的框架聯(lián)接，便于安裝控制芯片，實(shí)現(xiàn)智能化功率分配。

三、SPM技術(shù)的引入與工藝簡(jiǎn)化

SPM定義：美國(guó)仙童公司開(kāi)發(fā)的此類(lèi)功率模塊稱為SPM（Smart Power Module），是IPM封裝技術(shù)的進(jìn)一步提升。

工藝簡(jiǎn)化：與傳統(tǒng)的IPM工藝相比，SPM工藝復(fù)雜性有所降低，更借鑒了傳統(tǒng)EMS（電子制造服務(wù)）行業(yè)的組裝技術(shù)，如印刷、貼片、回流、清洗等電路板安裝技術(shù)。

四、回流焊夾具的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

熱吸收與膨脹差異：在設(shè)計(jì)回流焊夾具時(shí)，需考慮框架、DBC以及回流焊夾具之間的熱吸收和膨脹差異，避免封裝材料移動(dòng)和尺寸波動(dòng)。

鎖定與熱應(yīng)力釋放：夾具設(shè)計(jì)需兼顧鎖定和熱應(yīng)力釋放，避免框架變形翹曲。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定夾具的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證生產(chǎn)良率。

五、后道工序與尺寸控制

后道工序：DBC類(lèi)型的IPM后道工序與傳統(tǒng)IPM相差不大，但需注意控制尺寸波動(dòng)。

尺寸控制：由于采用塑封，尺寸波動(dòng)對(duì)塑封模具至關(guān)重要。因此，需嚴(yán)格控制框架厚度等方面的變化，確保塑封質(zhì)量。

綜上所述，焊料裝片DBC類(lèi)IPM封裝線路以其高集成度、大功率處理能力以及優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)，在功率模塊市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。通過(guò)不斷改進(jìn)和優(yōu)化封裝技術(shù)，可以進(jìn)一步提高其性能和可靠性，滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

傳統(tǒng)灌膠盒封與雙面散熱模塊

灌膠盒封大功率模塊封裝線路及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展可以分點(diǎn)概述如下：

一、灌膠盒封模塊工藝特點(diǎn)

內(nèi)互聯(lián)鍵合工藝：根據(jù)具體情況選擇是否添加。若采用銅片連接技術(shù)做內(nèi)互聯(lián)，則無(wú)需內(nèi)互聯(lián)鍵合工藝；若芯片柵極小，需做細(xì)鋁線鍵合，或源極區(qū)域也采用粗鋁線鍵合，則內(nèi)互聯(lián)鍵合為關(guān)鍵工藝。

銅片工藝：電阻小、導(dǎo)熱快，但生產(chǎn)靈活性不夠，需定制化，且對(duì)芯片表面純鋁情況不適用，需額外電鍍處理。

鋁線綁定工藝：在內(nèi)阻和散熱性影響不大的情況下常用，因其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。

粗銅線鍵合綁定技術(shù)：利用銅的電阻小、導(dǎo)熱快的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新技術(shù)。

二、盒裝塑封工藝及其難點(diǎn)

提高可靠性：采用盒裝塑封工藝以提高功率循環(huán)可靠性。

功能端子安裝：主要難點(diǎn)之一，需控制端子尺寸波動(dòng)，確保后續(xù)測(cè)試端子接觸良好。

塑封工藝性問(wèn)題：塑封壓力對(duì)盒子選材和蓋子密封性提出要求，需研究各工序帶來(lái)的尺寸波動(dòng)，優(yōu)選材質(zhì)以保證產(chǎn)量和良率。

三、雙面散熱塑封功率模塊

工藝特點(diǎn)：采用雙面DBC和銅柱，可選擇內(nèi)互聯(lián)綁線鍵合或銅片內(nèi)互聯(lián)。塑封后厚度可控，非常薄，又稱刀片式功率模塊。

優(yōu)勢(shì)：電路拓?fù)浜?jiǎn)單；可靠性高；功率密度大；散熱性優(yōu)良；安裝方便。

四、雙面散熱模塊與傳統(tǒng)灌膠盒封模塊比較

體積與功率密度：雙面散熱模塊體積更小，三合一模塊也比傳統(tǒng)灌膠盒裝模塊更緊湊，因此功率密度更大。

散熱效率：雙面散熱模塊散熱效率更高。

封裝保護(hù)：塑封比灌膠封裝保護(hù)更好，更耐機(jī)械沖擊，能有效提高可靠性，提升功率循環(huán)壽命。

灌膠盒封大功率模塊封裝線路及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展在不斷進(jìn)步，以適應(yīng)更高功率密度、更高可靠性和更優(yōu)散熱性能的需求。雙面散熱塑封功率模塊作為其中的佼佼者，具有廣闊的應(yīng)用前景。