隨著功率半導體制造技術的不斷更迭與產業發展的迫切要求,功率模塊逐漸向更高的開關頻率、工作溫度、功率密度發展,這對功率模塊的封裝技術提出了巨大挑戰。
2023年5月5-7日,“2023碳化硅關鍵裝備、工藝及其他新型半導體技術發展論壇”在長沙召開。論壇在第三代半導體產業技術創新戰略聯盟的指導下,由極智半導體產業網與中國電子科技集團第四十八研究所等單位聯合組織。期間,在“碳化硅關鍵裝備、工藝及配套材料技術”分論壇上,中南大學孫國遼博士分享了高性能功率器件封裝互連方法研究的最新進展。
功率芯片的封裝承擔電氣連接、機械連接、電路保護的功能,決定了其電路連接方式、散熱以及可靠性等問題,囿于傳統封裝材料與結構,芯片性能難以得到充分發揮,新型互連技術成為解決當前問題的關鍵。
報告指出,中南大學研究團隊針對IGBT、SiC MOSFET、GaN HEMT等功率器件,通過熱力耦合有限元分析、寄生參數建模分析等手段,從結構和材料方面探討器件封裝性能及可靠性優化問題。
在鍵合線互連方面,通過自主搭建的機械疲勞實驗平臺研究鋁鍵合線在低頻機械循環載荷下的失效機理,闡明疲勞失效壽命與振幅、頻率、線弧跨度、線弧高度之間的相關性并給出性能優化方案。
在無引線互連方法方面,形成了球柵陣列式、倒裝凸塊式雙面散熱IGBT模塊、銅夾式SiC MOSFET模塊以及陶瓷基板嵌入式的GaN HEMT半橋模塊封裝方法,完成了相關互聯方法的建模仿真、電熱性能表征,在功率器件可靠性、封裝結構布局、低感互聯和低熱阻等技術上取得了一定進展。