2017年11月1日-3日,由第三代半導體產業技術創新戰略聯盟、北京市順義區人民政府主辦的2017 國際第三代半導體論壇在北京順義隆重召開。在2日上午,舉行“SiC/GaN電力電子封裝、模塊及可靠性”分會上,來自天津大學的副教授梅云輝做了“雙面半橋IGBT模塊(1200V / 600A)的納米銀漿燒結”研究報告。
他介紹了高功率雙面多芯片相橋IGBT模塊的設計和特性,模塊性能為1200 V / 600A。與傳統的線焊IGBT模塊相比,IGBT模塊的功率密度有很大提高。
他表示,現在我們仍舊面臨著一些挑戰,因為它的傳統模式會出現一些熱阻擋,由于材料的限制,因此它只能在低溫的情況下運作,而材料的可靠性也是有所缺乏,所以現在要去改善它的性能,并且提高運作的效率,我們要去使用高溫可靠的材料。
我們也提出了一些解決方案,使用的是雙邊的半橋模型,使用的是雜散電感,芯片的雙面都使用了這樣的材料,從而降低熱阻擋,并且在芯片的表面可以降低熱擴散,也可以提高連接的可靠性。很多人已經提到了關于銀的燒結連接頭,它有很多的性能,有很多優勢,比如熱阻擋能力更強,可靠性更強,它的熔點,由于熔點高所導致的,比如說一個教授也提到我們將它的溫度從40攝氏度提高到150攝氏度,而且我們也可以大大提高它的功率循環,這是非常好的一個進步。因此都說明的銀的燒結連接頭的性能是非常好的。
其中,模塊采用納米銀漿作為芯片互連材料,避免了高溫下的蠕變破壞,因而最高工作溫度從125℃提高到175℃甚至更高。四個大面積IGBT芯片(1200V / 150A ,12.56mm×12.56mm),以及四個續流二極管(1200V / 150A)并聯連接在一個DBC襯底上,形成一個電橋。制造的雙面IGBT模塊的尺寸僅為70mm×59mm×4.05mm。在不同的電流下,對此IGBT模塊的熱,機械,電氣性能進行了表征。還進行了電源循環測試,來評估雙面IGBT模塊的可靠性,以驗證模塊設計的可行性。
無壓的燒結工藝是可以對這種雙邊燒結來進行的,但是我們可以通過雙邊帶進行控制的,我們制造了便的半電橋的模型,使用的是電基礎化,不是上線連接這樣的IGBT的器件是采用無壓燒結方式,同時加上緩沖帶,我們可以看到,通過這樣一些工藝,性能和緩沖能大大提高。(根據現場速記整理,如有出入敬請諒解!)