本文介紹了有哪些功率模塊封裝工藝。

功率模塊封裝工藝

典型的功率模塊封裝工藝在市場上主要分為三種形式，每種形式都有其獨特的特點和適用場景。以下是這三種封裝工藝的詳細概述及分點說明：

一、智能功率模塊（IPM）封裝工藝

工藝特點：

塑封、多芯片封裝，包括ICBT、FRD及高低壓IC等元器件。

采用引線框架、DBC（直接敷銅板）、焊料裝片、金鋁線混打等工藝。

目標市場為白電應用、消費電子及部分功率不大的工業(yè)場所。

封裝類型：

純框架銀膠裝片類：主要用于小功率家電電源、水泵調速變頻控制等場合。基于傳統(tǒng)IC封裝方式，采用銅線內互聯(lián)和全塑封。

純框架軟釬焊和銀膠混合裝片類：具有散熱片（一般為陶瓷），功率芯片采用粗鋁線，芯片控制部分采用金銅線內互聯(lián)。適用于白電變頻調控的大多數場合。

特殊工藝：

散熱片安裝工藝：采用硅膠黏結陶瓷片后烘干，需控制點膠涂布的均勻性、加熱和加壓，保證可靠連接并控制氣泡及厚度。

綁線夾具設計：先做鋁線，因其剛度好，可抗倒伏。

金銅線壓板設計：需避開已綁線的鋁線區(qū)域，抬高打線區(qū)域。

二、灌膠盒封功率模塊封裝工藝

工藝特點：

一般采用DBC、粗鋁線或粗銅線鍵合、銅片釬接等工藝。

焊料裝片或銀燒結工藝，端子采用焊接壓接方式。灌入導熱絕緣混合膠保護，塑料盒外殼。

適用場景：

適用于大功率工業(yè)品和汽車應用場景。

三、結合前兩種優(yōu)勢的功率模塊封裝工藝

工藝特點：

采用DBC、銅柱、焊料裝片或銀燒結工藝。打線或銅片釬接內互聯(lián)，塑封形成雙面散熱通道。

SiC模塊發(fā)展趨勢：

采用銀燒結代替焊料，以充分發(fā)揮SiC材料的耐高溫優(yōu)勢。采用銅（銅線、銅片）做內互聯(lián)代替粗鋁線內互聯(lián)。

以上三種功率模塊封裝工藝各具特色，適用于不同的應用場景。IPM封裝工藝以其高效、集成度高的特點，在白電應用、消費電子等領域占據重要地位；灌膠盒封功率模塊則以其高功率密度和可靠性，在大功率工業(yè)品和汽車領域得到廣泛應用；而結合前兩者優(yōu)勢的封裝工藝，則在未來SiC模塊的發(fā)展中展現出巨大潛力。在實際應用中，應根據具體需求選擇合適的封裝工藝，以實現最佳的性能和成本效益。

DBC類IPM封裝線路

焊料裝片DBC類IPM封裝線路是功率模塊封裝技術的一個重要里程碑，以下是對其分點概述：

一、DBC基板的應用與優(yōu)勢

DBC基板：作為功率模塊的核心部件，DBC基板既滿足了功率器件內互聯(lián)和導熱散熱的需求，又因其絕緣性符合安規(guī)要求，特別適用于大功率場合。

二、DBC類型IPM的特點

集成度高：DBC類型的IPM采用了SMT（表面貼裝技術），將功率芯片和被動元器件（如電容、電阻）有效地集成并封裝在一塊基板上，提高了芯片集成度。

粗鋁線內互聯(lián)：通過粗鋁線實現內互聯(lián)，提高了功率傳輸效率。

框架設計：設計抬高的框架聯(lián)接，便于安裝控制芯片，實現智能化功率分配。

三、SPM技術的引入與工藝簡化

SPM定義：美國仙童公司開發(fā)的此類功率模塊稱為SPM（Smart Power Module），是IPM封裝技術的進一步提升。

工藝簡化：與傳統(tǒng)的IPM工藝相比，SPM工藝復雜性有所降低，更借鑒了傳統(tǒng)EMS（電子制造服務）行業(yè)的組裝技術，如印刷、貼片、回流、清洗等電路板安裝技術。

四、回流焊夾具的設計與優(yōu)化

熱吸收與膨脹差異：在設計回流焊夾具時，需考慮框架、DBC以及回流焊夾具之間的熱吸收和膨脹差異，避免封裝材料移動和尺寸波動。

鎖定與熱應力釋放：夾具設計需兼顧鎖定和熱應力釋放，避免框架變形翹曲。通過計算和實驗確定夾具的最優(yōu)化設計，保證生產良率。

五、后道工序與尺寸控制

后道工序：DBC類型的IPM后道工序與傳統(tǒng)IPM相差不大，但需注意控制尺寸波動。

尺寸控制：由于采用塑封，尺寸波動對塑封模具至關重要。因此，需嚴格控制框架厚度等方面的變化，確保塑封質量。

綜上所述，焊料裝片DBC類IPM封裝線路以其高集成度、大功率處理能力以及優(yōu)化的工藝設計，在功率模塊市場中占據重要地位。通過不斷改進和優(yōu)化封裝技術，可以進一步提高其性能和可靠性，滿足更廣泛的應用需求。

傳統(tǒng)灌膠盒封與雙面散熱模塊

灌膠盒封大功率模塊封裝線路及其相關技術發(fā)展可以分點概述如下：

一、灌膠盒封模塊工藝特點

內互聯(lián)鍵合工藝：根據具體情況選擇是否添加。若采用銅片連接技術做內互聯(lián)，則無需內互聯(lián)鍵合工藝；若芯片柵極小，需做細鋁線鍵合，或源極區(qū)域也采用粗鋁線鍵合，則內互聯(lián)鍵合為關鍵工藝。

銅片工藝：電阻小、導熱快，但生產靈活性不夠，需定制化，且對芯片表面純鋁情況不適用，需額外電鍍處理。

鋁線綁定工藝：在內阻和散熱性影響不大的情況下常用，因其工藝相對簡單。

粗銅線鍵合綁定技術：利用銅的電阻小、導熱快的特性，開發(fā)出的一種新技術。

二、盒裝塑封工藝及其難點

提高可靠性：采用盒裝塑封工藝以提高功率循環(huán)可靠性。

功能端子安裝：主要難點之一，需控制端子尺寸波動，確保后續(xù)測試端子接觸良好。

塑封工藝性問題：塑封壓力對盒子選材和蓋子密封性提出要求，需研究各工序帶來的尺寸波動，優(yōu)選材質以保證產量和良率。

三、雙面散熱塑封功率模塊

工藝特點：采用雙面DBC和銅柱，可選擇內互聯(lián)綁線鍵合或銅片內互聯(lián)。塑封后厚度可控，非常薄，又稱刀片式功率模塊。

優(yōu)勢：電路拓撲簡單；可靠性高；功率密度大；散熱性優(yōu)良；安裝方便。

四、雙面散熱模塊與傳統(tǒng)灌膠盒封模塊比較

體積與功率密度：雙面散熱模塊體積更小，三合一模塊也比傳統(tǒng)灌膠盒裝模塊更緊湊，因此功率密度更大。

散熱效率：雙面散熱模塊散熱效率更高。

封裝保護：塑封比灌膠封裝保護更好，更耐機械沖擊，能有效提高可靠性，提升功率循環(huán)壽命。

灌膠盒封大功率模塊封裝線路及其相關技術發(fā)展在不斷進步，以適應更高功率密度、更高可靠性和更優(yōu)散熱性能的需求。雙面散熱塑封功率模塊作為其中的佼佼者，具有廣闊的應用前景。