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自动化设备通过真空回流焊接确保了贴片的可靠连接和高质量的焊接效果。深圳非标DBC底板贴装机
功率器件封装结构散热设计原则:从器件散热的角度,封装结构设计应当遵循散热路径低热阻、尽可能多散热路径和传热路径上的接触面积尽可能大的原则。这就要求在设计之初,就应考虑到封装材料的选择、散热路径的设计、散热路径上各部件接触界面的面积等。但这些不可避免的增加了封装设计和工艺实现的难度,一种功率器件的封装实践往往是考虑多种因素的折中。从目前国内外对于功率器件的研究和开发现状来看,具备耐高温、多散热路径和大面积连接的封装特征是未来功率器件封装的发展趋势,也是满足未来高压、大功率器件工作性能要求的必然选择。深圳非标DBC底板贴装机IGBT自动化设备的动态测试能够辅助优化器件的设计和生产工艺。
汽车IGBT模块要做哪些测试验证?汽车IGBT模块对产品性能和质量的要求要明显高于消费和工控领域,因此车规认证成为了汽车IGBT模块市场的重要壁垒,一般来说,车规级IGBT需要2年左右的车型导入周期。汽车IGBT模块测试标准主要参照AEC-Q101和AQG-324,同时车企会根据自己的车型特点提出相应的要求,主要测试方法包括:参数测试、ESD测试、绝缘耐压、机械振动、机械冲击、高温老化、低温老化、温度循环、温度冲击、UHAST(高温高湿无偏压)、HTRB(高温反偏)、HTGB(高温删偏)、H3TRB/HAST(高温高湿反偏)、功率循环、可焊性。
采用Sn-Au高温焊料将基板连接到带有翅片的铜底板上,芯片焊盘和基板采用铝键合线连接。将硅凝胶灌入外壳封装并固化。该基板可以从根本上有效降低回路电感,至大问题是附加陶瓷层(SiN)增加了散热热阻。但研究结果表明,该附加陶瓷层也只使芯片结温升高了2℃,影响几乎可以忽略。采用相同原理和结构封装的器件还有很多。如采用金属带进行芯片连接的封装。金属带连接增大了键合线的载流能力。将芯片嵌入到焊接在DBC上的PCB板中,通过键合线将芯片电极连接到PCB板上。通过优化电流回路、驱动位置和栅极连接可以至小化寄生电感。上述器件在具体封装结构方面略有差异,但所采用的封装原理与传统键合线连接封装相同,这种封装形式决定了其单面散热的封装热特性,使得封装器件内部产生的热量几乎只能从芯片一侧的基板和底板传递,形成了单一的散热路径。IGBT自动化设备通过动态测试可以准确评估器件的响应速度和可靠性。
要实现双面散热,需要对芯片的两个表面实现面连接,这样才能在芯片两侧形成两个平面,实现两个热通路。另一种实现面连接的方式是在芯片的两侧均采用DBC基板连接。通过采用“Planar-bond-all,(PBA)”的功率模块封装方法可以在芯片的上表面实现大面积键合平面互连。芯片正面朝上/朝下键合在两个DBC之间,两个铜制热沉直接连接在两侧DBC的外表面上。封装时将DBC基板、芯片、垫片、键合材料、功率端子等组装在夹具中,然后同时加热形成键合。双侧平面键合可以使封装的上下两个表面都成为散热通路。此外,热沉与DBC基板直接连接进一步降低了封装热阻。动态测试IGBT自动化设备能够验证器件在不同工况下的性能表现。深圳非标DBC底板贴装机
动态测试IGBT自动化设备能够评估器件在瞬态工况下的性能。深圳非标DBC底板贴装机
由CMC制成的垫片可以传导电流、传递热量、保证电气绝缘距离,并具有与芯片和基板相匹配的可调节热膨胀系数(CTE)。交错平面封装方法通过增加相邻芯片间的距离来减小等效耦合热阻,拉长热耦合的传热路径,具有均匀且较小的热耦合效应。这种封装方式利用了3D封装结构灵活性的优势,增大传热距离,但没有增大功率模块的尺寸。具有低热耦合效应、更均匀的温度分布和出色的热性能。在相同的耗散热和散热条件下,与传统芯片布局封装模块至大结温155.8℃,封装内部至大温差12.3℃相比,交错布局封装至大结温为135.2℃,封装内部至大温差只3.4℃。显然,交错封装模块的温度分布更加均匀,可有效降低封装热阻和芯片间的热耦合不均匀程度。深圳非标DBC底板贴装机