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IGBT 模块陶瓷衬板金属化技术与IGBT车规级芯片清洗介绍

合明科技 👁 2096 Tags:AMB技术DBA技术 IGBT封装基板

IGBT 封装用基板在模块中除发挥机械固定元器件的作用外,还需要具有一定的载流能力。单纯的陶瓷材料并不导电,需要将陶瓷金属化后,在金属层刻制电路,才能作为 IGBT 封装用基板材料。这就带来了新的问题,由于金属和陶瓷的热膨胀系数相差很大,在每一次冷热循环后,会在界面处产生残余热应力,长时间累积会导致金属层剥落,陶瓷开裂,使得 IGBT 模块失效。


表  金属化陶瓷基板的可靠性


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市面上的 IGBT 封装基板采用直接覆铜(Direct Bonding Copper,DBC)、活性金属钎焊(Active Metal Brazing,AMB)技术和直接敷铝陶瓷基板(Direct Bonded Aluminum,DBA)技术,将不同的金属材料与陶瓷材料互连,作为 IGBT 模块封装用基板。陶瓷和金属互连的难题在于熔融金属难以润湿陶瓷表面,金属与陶瓷的热膨胀系数不匹配,接头处容易产生较大的残余应力。

1)DBC技术
DBC 是利用在 1065~1083℃形成的 Cu-O 共晶液能够润湿大多数陶瓷如 Al2O3、AlN,从而形成可靠的连接。

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图  DBC陶瓷覆铜板,来源:万士达


2)DBA技术

DBA是基于DBC技术发展起来的新型金属敷接陶瓷基板,是铝与陶瓷层键合而形成的基板,其结构与DBC 相似,也可以像PCB基板一样蚀刻出各式各样的图形。DBA 法常见的有两类:①熔融液态铝敷接法;②金属过渡法。

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图  DBA覆铝陶瓷载板,摄于富乐华展台


3)AMB技术

AMB 是一种钎焊互连的方法,利用钎料中含有的 Ti、Zr、Al、Hf、Nb、Cr、Ta、V 等活性元素与陶瓷基板发生反应,形成中间连接层,从而将金属与陶瓷连接起来。AMB 的优点是焊接工艺简单,结合强度高;缺点是活性元素容易氧化,钎料成本高,需要在高真空或惰性气氛下焊接,使得整个基板的成本提高。

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图  AMB 陶瓷衬板,来源:艾明博

AMB 和 DBC、DBA 有着各自的优缺点,DBC 基板成本低,但是可靠性差,不适合在苛刻环境下使用的 IGBT 模块;而 AMB 得到的基板虽然成本提升,但可靠性高,更适合于高温、高功率密度下使用的 IGBT 模块,例如在航空航天、轨道交通、新能源汽车等领域中使用。DBA 与 DBC 在很多方面类似,但是相比于 DBC,DBA 具有显著的抗热震性能和热稳定性能,且重量轻、热应力小,对提高在极端温度下工作器件的稳定性十分明显,因此特别适合用于功率电子电路。

车规级芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

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以上便是IGBT 模块陶瓷衬板金属化技术与IGBT车规级芯片清洗介绍,希望可以帮到您!

 



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