封装技术面临的新挑战
宽禁带半导体器件(SiC MOSFET、GaN HEMT)的工作特性与传统硅基器件有着本质区别:更高的工作温度(SiC可达200°C以上)、更快的开关速度(dv/dt可达100V/ns以上)和更高的功率密度。这些特性对封装技术提出了三大挑战:更低的热阻、更低的寄生电感、更高的功率循环寿命。
传统封装技术的局限
传统功率半导体封装主要采用引线键合(Wire Bonding)+ 焊料连接(Solder Attach)的工艺组合。铝线键合的寄生电感约为5-10nH/mm,在高速开关时会产生显著的电压过冲。锡铅或无铅焊料的熔点通常在180-230°C,在SiC器件的高温工作条件下,焊料层的热疲劳寿命会急剧下降。
银烧结技术
银烧结(Ag Sintering)是目前最受关注的先进封装技术之一。银烧结层的熔点高达961°C,热导率约为200-250W/m·K(是焊料的4-5倍),且在高温下的功率循环寿命比焊料提升10倍以上。
银烧结工艺分为有压烧结和无压烧结两种。有压烧结需要在200-250°C、10-30MPa的条件下进行,可获得更致密的烧结层和更低的热阻。
铜夹片与双面冷却技术
铜夹片(Cu Clip)技术用铜片替代传统的铝线键合,可将顶部连接的电阻降低80%以上,寄生电感降低50%以上。双面冷却(Double-Sided Cooling)封装通过在芯片的顶部和底部同时设置散热路径,可将模块的总热阻降低40-50%。
军航科工半导体提供采用各种先进封装技术的功率模块产品,并为客户提供封装选型和热管理设计方面的技术咨询服务。