车载igbt器件的sip封装可靠性分析

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1、弼’译绪论IGBT器件的封装功能与传统的功率器件封装基本相同，通常有五种功能【4J，I_!1]电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。IGBT器件的封装首先要能接通电源，使IGBT芯片与电路流通电流，不同部位所需的电源有所不问，要能将不同部位的电源分配恰当，以减少电源的不必要损耗。为使电信号延迟尽可能减小应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I／O引出的路径达到最短。IGBT器件需要重点考虑长期工作时如何将聚集的热量散出的问题，彳i同的封装结构和材料具有不同的散热效果。提供足够可靠的机械支撑

2、，并能适应各种工作环境和条件的变化。IGBT器件的许多参数，如击穿电源、反向电流、电流放大系数、噪声等，以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体去向的环境状态密切相关。半导体芯片制造出来后，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁之中：在使用中，有的环境条件极为恶劣，必须将芯片严加密封和包封，所以，微电子封装对芯片的环境保护作用显得尤为重要。随着IGBT器件应用的快速发展，其封装技术的发展已经成为影响IGBT器件发展和应用的瓶颈问题。考虑到IGBT器件对封装体的散热需求，即使现在许多封装朝着超小型和高密度

3、型封装外形发展，如图1．3中所示的T0220、T0252、T0263等封装由于其封装有着优良的导热能力仍然有着广泛的应用。缈◆(a)7脚的T0220(b)3脚的T0252(c)3脚的T0263图1．3功率器件封装外形示意图汽车电子可靠性寿命通常要长于汽车本身寿命要求。由于车载IGBT器件给汽车电子半导体JJ家带来的首要挑战是热管理，其次是乘客无法察觉的高频振动对机械或电气连接的影响，而这些丰要取决于车载IGBT器件的系统级封装质量，可靠性是首要问题。因此对车载IGBT器件的封装及其可靠性的研究在汽车电子封装

4、领域具有重要的意义。1．2国内外研究现状系统级封装(SysteminPackage，SiP)技术是在系统级芯片(SystemonChip，SoC)的基础上发展起来的一种新技术。SoC是指将包括处理器、内存、周边电路及其它相关应用电路都整合至单一芯片上，该芯片加以封装就形成一个系统级封装的器件。SoC虽被业界寄予厚望，但因技术没有成熟，许多时候人们预期的电路密度和尺寸目标用SoC3东南大学。I：程硕}：学位论文很难实现，而且，汽车电子应用领域的高功率IGBT电路与众多的控制电路单元集成在一起几乎是不可能的，因

5、为IGBT部分工作时产牛的热能会影响控制电路的工作稳定性甚至是电路实效，无法达到汽车电子正常工作和长寿命要求；同时SoC还存在产品成品率偏低、成本过高等问题。因此人们开始转向系统集成的另一种选择即SiP封装。SiP封装是指将不同的芯片或其它电子组件整合于同一封装模块内，形成一个功能性器件，以执行某种相当于系统层级的功能。SiP封装可以提供足够的整合应用，无新的硅片设计成本或风险；可以充分利用现有技术，减少开发时间，缩短上市时间；还可以简化总体系统，便于分块测试，提供更高的总体封装成品率。传统的车载IGBT器

6、件封装一般利用普通的功率器件封装外形，如图1．3所示的T0220封装等，并且封装体内部只有一个IGBT芯片。而车载IGBT器件的SiP封装可以实现在传统封装内同时包含有控制芯片和IGBT芯片，使得IGBT器件封装体智能化，实现系统层级的IGBT驱动作用。目前实现车载IGBT器件的SiP封装主要有两种方式，一种是控制芯片与IGBT芯片的堆栈，另一种为控制芯片与IGBT芯片的水平安装。车载IGBT器件的SiP封装与其它集成电路相比，有其自身的特点，如由于IGBT器件工作时会通过大电流，把其本身产生的热量扩散出去

7、是封装考虑的重点。总的来说，需要重点考虑IGBT器件的热量最大程度迅速散发到封装体外部去，以减少对控制芯片和IGBT芯片本身可靠性的影响。车载IGBT器件的SiP封装．丰要考虑以下三类关键因素：(1)引线框架，特别是安装IGBT芯片的载片台的材料和尺寸是关键因素。车载IGBT器件封装为了实现低的热阻和电阻，通常选用铜作为引线框架的原材料。为了达到良好的散热性能，通常IGBT器件的封装外形的载片台都是外露的，由于丰要通过外露的载片台散热，这种载片台通常也被称为散热片。一般来说，增加引线框架载片台尺寸厚度，有利

8、于IGBT器件在SiP封装体内的散热，同时降低对控制芯片的热能扩散。(2)焊接工艺【5】的封装及其可靠性，装片和键合工艺是封装中的关键工艺，是实现内部信号和外部连接的手段。对于IGBT器件来说，装片工艺有高导热银浆装片、焊料共晶装片、锡膏装片和软焊料装片四种。对于车载IGBT器件的SiP封装来说，为了实现良好的导电导热性能，软焊料装片是最佳选择。键合工艺有金线键合、铜线键合和铝线键合三种工艺。对于IGBT器件Si