IGBT模塊封裝壁壘：高可靠性

發布時間：2024-03-14作者來源：薩科微瀏覽：1334

IGBT模塊的封裝技術難度高，高可靠性設計和封裝工藝控制是其技術難點。IGBT模塊具有使用時間長的特點，汽車級模塊的使用時間可達15年。因此在封裝過程中，模塊對產品的可靠性和質量穩定性要求非常高。高可靠性設計需要考慮材料匹配、高效散熱、低寄生參數、高集成度。

封裝工藝控制包括低空洞率焊接/燒結、高可靠互連、ESD防護、老化篩選等，生產中一個看似簡單的環節往往需要長時間摸索才能熟練掌握，如鋁線鍵合，表面看只需把電路用鋁線連接起來，但鍵合點的選擇、鍵合的力度、時間及鍵合機的參數設置、鍵合過程中應用的夾具設計、員工操作方式等等都會影響到產品的質量和成品率。

IGBT模塊封裝工藝流程

散熱效率是模塊封裝的關鍵指標，會直接影響IGBT的[敏感詞]工作結溫，從而影響IGBT的功率密度。由于熱膨脹系數不匹配、熱機械應力等原因，模組中不同材料的結合點在功率循環中容易脫落，造成模塊散熱失效。

	主流方案	先進方案
芯片間連接方式	鋁線鍵合	鋁帶鍵合、銅線鍵合
模組散熱結構	單面直接水冷	雙面間接水冷、雙面直接水冷
DBC板/基板材料	DBC：Al2O3	DBC：AIN、Si3N4
DBC板/基板材料	基板：Cu	基板：AISiC
芯片與DBC基板的連接方式	SnAg焊接	SnSb焊接、銀燒結、銅燒結

IGBT封裝技術的升級方向

提高模組散熱性能的方法包括改進芯片間連接方式、改進散熱結構、改進DBC板/基板材料、改進焊接/燒結工藝等。比如英飛凌的IGBT5應用了先進XT鍵合技術，采用銅線代替鋁線鍵合、銀燒結工藝、高可靠性系統焊接，散熱效率得到大幅提升，但同時也面臨著成本增加的問題。

鋁基碳化硅散熱件

另外還有客戶壁壘：認證周期長，先發企業優勢明顯

IGBT產品取得客戶認可的時間較長。由于其穩定性、可靠性方面的高要求，客戶的認證周期一般較長，態度偏向謹慎，在大批量采購前需要進行多輪測試。新進入者很難在短期內獲得下游客戶認可。

	消費類	工業級	汽車級
工況		不同行業有所不同	高溫&低溫、震動
工作結溫	-20-70°	-25-150°C	-40-150°
濕度	低	根據工作環境確定	0-100%
失效率要求	3%	<1%	0
使用時間	1-3年	3-10年	10-15年
認證標準	JEDEC標準(器件)	JEDEC標準(器件)	AEC-Q101(器件)
	IEC60747-15(模組)	IEC60747-15(模組)	AQG 324(模組)
設計要點	防水	防水、防腐、防潮、防霉變	增強散熱效率、抗震設計

不同應用場景對IGBT模塊的要求

以汽車級IGBT為例，認證全周期可達2-3年。IGBT廠商進入車載市場需要獲得AEC-Q100等車規級認證，認證時長約12-18個月。通過后，廠商還需與車廠或Tier 1供應商進行車型導入測試驗證，這一過程可能持續2-3年。在測試驗證完成后，供應商通常會先以二供或者三供的身份供貨，再逐步提高量。而在需求穩定的情況下，車廠出于供應鏈安全考慮，更傾向于與現有供應商保持合作，新IGBT供應商可能無法得到驗證機會。

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