功率半导体模块压接工艺分析与改进.doc

功率半导体模块压接工艺分析与改进陈 妍摘要：本文通过对功率半导体模块压接结构工艺的的理论分析，抽出了在其结构设计上的一些改进措施。关键词：热阻、压接式、功率模块、降压、穿通。1 引言功率半导体模块（以下简称功率模块）以其体积小，使用方便等优点，在市场上的使用越来越广，如变频器，功率补偿器，软启动器，近年来在风电领域上也得到了广泛应用。对于压接式功率模块，其装配工艺尤为重要，本人根据多年对“压接式功率模块”的研究，提出了对于提高功率模块压接质量的一些看法，仅供同仁们探讨。2 压接式功率模块结构简介21压接式模块概念所谓电力半导体压接式功率模块，就是把一个、两个或多个电力半导体芯片，按照一定的电路连接形式，采用机械组装法将其密闭封装在一个绝缘壳体内，以实现其特定功能的模块化独立器件产品。22压接功率模块的组成压接式功率模块主要由芯片、铜底板、碟簧、内六螺丝、压板，平垫、电极柱、瓷片、绝缘管、塑壳等部分组成。3 压接功率模块装配工艺分析与改进措失。31材料的选取311芯片的选取因模块封装是单面散热而且是绝缘形的，所以其热阻大，不易散热，这就要求芯片参数在选取上应较双面散热更严格。也就是说在过流相同，壳温相同的条件下，以模块形式封装的芯片其VTM 、 IDRM 、 IRRM都应较双面散热要小，这样才能保证其过流能力。312瓷片的选取。模块特性的好坏，很大程度上取决于绝缘和散热的优化处理。现模块使用的高绝缘强度，高导热率的陶瓷基片主要有四种：氧化铍，氧化铝，碳化硅和氮化铝。其性能对比分析如下表1。表1氧化铍、氧化铝、碳化硅和氮化铝性能对比表特 性ALNALOBeOSiC热导率（W/mk缘电阻（/cm）1014101410141013绝缘耐压（KV/mm）1510100.07热膨胀系数（1）（25-400）4.57.07.03.7弹性模量（Gpa）310370350480折弯强度(Mpa)350300200450密度(g/cm3)3.33.72.93.1通过以上对比，ALN陶瓷基片其导热率高，绝缘电压高，热膨胀系数与硅材料相近，电性能优良，机械强度高等优点，成为首选，但其价格偏高。313灌封胶的选用。优良的灌封胶既可以保证模块的电学性能，有利于模块在应用中的应力释放，又可以保护模块不受污染，提升模块防湿潮和防腐蚀性能。好的灌封胶应具有如下性能。表2表2灌封胶性能参数表粘度25（mPa.S） 2800(流动性好)硬度 （肖氏A） 45导热率W/m.k 0.2介电强度KV/mm 15体积电阻率（cm）1014314其它部件选用压接式功率模块中的碟簧，垫片，铜电极等都应严格按标准进行检验，合格后方可使用，以保证装配后产品使用的可靠性。32压接功率模块装配注意事项压接功率模块装配的关键是最大限度的降低接触热阻，所以瓷片在装配前，其两面全要涂导热脂，这样可以有效的降低接触热阻，其次采用合适的压力也能改善其接触热阻。经实验，以400A模块为例，绘制出压力接触热阻关系曲线图1。 压力接触热阻关系曲线图1从上面可以看出，当压力加大到一定数值后，接触热面很少变化，所以压力过大非但没有好处，反而损坏硅单晶，造成芯片降压或穿通，大量的实验证明确实如此，必须引起足够注意。压接模块灌胶后必须在真空中脱泡，否则其绝缘强度就会降低。33压接功率模块的工艺改进。压接模块在装配中，芯片有的是正装，有的是反装，反装芯片其接触面积小，热阻大，过流能力低，所以本人认为应尽量的避免芯片倒装，可以通过改变电极的结构使其成为正装，另外芯片阴极面应避免使用铝垫片为缓冲接触层，最好使用铜镀银垫片，因铝的电导率与铜相比要差很多，当然用银更好，但其价格昂贵，使用铜做缓冲接触垫片后，其压降会大大降低，模块的过流能力、使用寿命会有很大P提高。4 结束语从以上论述可见，压接功率模块的质量好与坏，与材料，装配工艺有很大的关系，只要我们在实践中不断的总结，创新，一定会生产出满足客户