IGBT模塊結構及老化簡介

對于工程設計人員來講，IGBT芯片的性能，可以從規(guī)格書中很直觀地得到。但是，系統(tǒng)設計時，這些性能能夠發(fā)揮出來多少，就要看“封裝“了，畢竟夏天穿著棉襖工作任誰也扛不住，因此，對于怕熱的IGBT芯片來講，就是要穿得“涼快”電動汽車逆變器的應用上，國際大廠還是傾向于自主封裝的IGBT，追求散熱效率的同時，以*優(yōu)化空間布局，匹配系統(tǒng)需求。

IGBT制造流程

• 晶圓生產(chǎn)：包含硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型三個步驟，目前國際主流是8英寸晶圓，部分晶圓廠12英寸產(chǎn)線逐步投產(chǎn)，晶圓尺寸越大，良品率越高，*終生產(chǎn)的單個器件成本越低，市場競爭力越大

• 芯片設計：IGBT制造的前期關鍵流程，目前主流的商業(yè)化產(chǎn)品基于Trench-FS設計，不同廠家設計的IGBT芯片特點不同，表現(xiàn)在性能上有一定差異

• 芯片制造：芯片制造高度依賴產(chǎn)線設備和工藝，全球能制造出**光刻機的廠商不足五家；要把先進的芯片設計在工藝上實現(xiàn)有非常大的難度，尤其是薄片工藝和背面工藝，目前這方面國內(nèi)還有一些差距

• 器件封裝：器件生產(chǎn)的后道工序，需要完整的封裝產(chǎn)線，核心設備依賴進口

IGBT芯片

以英飛凌IGBT芯片發(fā)展歷程為例

不同廠商技術路線略有不同

• 正所謂班門不弄斧，這部分給大家推薦一篇文章 https://mp.weixin.qq.com/s/F8cQltQqad6zLUBC71TuwQ 《英飛凌芯片簡史》，很有意思

IGBT封裝

看圖：

IGBT模塊的典型封裝工序：芯片和DBC焊接綁線——>DBC和銅底板焊接——>安裝外殼——>灌注硅膠——>密封——>終測

01

DBC（Direct Bonding Copper）

DBC（覆銅陶瓷基板）的作用：絕緣、導熱，銅箔上可以刻蝕出各種圖形，方便走電流

對導熱陶瓷的基本要**導熱、絕緣和良好的機械性能， 目前常用的導熱陶瓷材料參數(shù)：

IGBT模塊常用的DBC散熱陶瓷材料是氧化鋁，應用*為成熟，為了繼續(xù)提升模塊的散熱性能，部分模塊廠商在高性能產(chǎn)品上采用氮化鋁或氮化硅陶瓷基板，顯著增加散熱效率，提升模塊的功率密度

02

電流路徑

剛開始接觸IGBT模塊的人，打開IGBT或許會有點迷惑，這里簡單普及一下

對于模塊，為了提升通流能力，一般會采用多芯片并聯(lián)的方式

03

散熱路徑

單面散熱模塊散熱路徑如下圖所示，芯片為發(fā)熱源，通過DBC、銅底板傳導至散熱器

散熱路徑的熱阻越低越好，除了DBC采用熱導率更高的高導熱陶瓷材料之外，IGBT模塊制造商在焊接工藝上下了不少功夫

目前*成熟的焊接工藝采用的焊料是錫，為了滿足高性能場合的應用，部分產(chǎn)品芯片與DBC的焊接部

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