伴随着电网规模越来越大,电压等级越来越高,电力系统朝着更加智能化方向发展,高压、大功率和高开关速度要求功率器件承担的功能也更加多样化,工作环境更加恶劣,在此背景下,除芯片自身需具有较高的处理能力外,器件封装结构已成为限制器件整体性能的关键。而传统的封装或受到材料性能的限制或因其自身结构设计不能适应高压大电流高开关速度应用所带来的高温和高散热要求。为保证器件在高压高功率工况下的安全稳定运行,开发结构紧凑、设计简单和高效散热的新型功率器件,成为未来电力系统用功率器件发展的必然要求。IGBT自动化设备为动态测试提供了可靠的电源和载荷控制。上海动态测试工业模块自动组装线
PBA封装双面散热比传统键合线连接单面散热热阻降低38%,表明PBA双面散热封装的优势。双DBC封装实现双面散热的研究还有很多,双面散热得益于芯片封装的两个表面平台,给连接DBC提供了可能,实现了两个散热路径。对比了双面散热结构与传统键合线连接单面散热结构的热性能对比,可以看出双面散热结构具有明显的优势。针对面连接,由于芯片栅极焊盘尺寸小和栅极位置,增加了芯片正面连接的难度。研究人员提出了栅极扩大的方法。通过对芯片的栅极焊盘进行再加工和扩大的再处理方法,增大栅极焊盘的面积,使得面接触更容易实现,进而获得双面散热路径,使该封装具备双面散热的能力。湖北静态测试工业模块自动组装线IGBT自动化设备通过老化检验,能够验证产品的可靠性和稳定性。
直接导线键合结构(DLB):直接导线键合结构至大的特点就是利用焊料,将铜导线与芯片表面直接连接在一起,相对引线键合技术,该技术使用的铜导线可有效降低寄生电感,同时由于铜导线与芯片表面互连面积大,还可以提高互连可靠性。三菱公司利用该结构开发的IGBT模块,相比引线键合模块内部电感降低至57%,内部引线电阻减小一半。SKiN模块结构也是一种无引线键合的结构,它采用了双层柔软的印刷线路板同时用于连接MOSFET和用作电流通路。为进一步降低寄生效应,使用多层衬底的2.5D和3D模块封装结构被开发出来用于功率芯片之间或者功率芯片与驱动电路之间的互连。
IGBT模块的作用:要弄明白IGBT模块,就要先了解新能源汽车的电驱系统,先用一句话概括电驱系统如何工作:在驾驶新能源汽车时,电机控制器把动力电池放出的直流电(DC)变为交流电(AC)(这个过程即逆变),让驱动电机工作,电机将电能转换成机械能,再通过传动系统(主要是减速器)让汽车的轮子跑起来。反过来,把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。什么是“三电系统”和“电驱系统”?三电系统,即动力电池(简称电池)、驱动电机(简称电机)、电机控制器(简称电控),也被人们成为三大件,加起来约占新能源车总成本的70%以上,是决定整车运动性能重要的组件。通过自动化设备,IGBT模块的封装过程更加高效、准确。
IGBT模块究竟如何工作?在电控模块中,IGBT模块是逆变器的中心部件,总结其工作原理:通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。IGBT模块实物长啥样?IGBT模块的标准封装形式是一个扁平的类长方体,下图为HP1模块的正上方视角,外面白色的都是塑料外壳,底部是导热散热的金属底板(一般是铜材料)。IGBT自动化设备的应用使功率半导体模块封装过程更高效和准确。安徽外壳组装兼容设备行价
IGBT自动化设备在生产中起到关键作用,实现了IGBT模块的高效封装。上海动态测试工业模块自动组装线
为追求更加优异的散热性能,研究人员提出了嵌入式功率芯片封装的双面液体冷却方案。该嵌入式封装由扁平陶瓷框架、嵌入式芯片、介电夹层和沉积金属化层互连组成[84]。将芯片嵌入到具有开槽的陶瓷框架中,并在固化炉中用粘性聚合物将芯片四周进行粘接并固化,形成的平坦表面为平面加工提供了平台。使用聚合物丝网印刷方法在其上涂上介电夹层。通过通孔与芯片的铝金属焊盘相对应,然后在其上沉积金属层,进行图案化,引出芯片正面的功率电极。上海动态测试工业模块自动组装线