SiC功率模块封装技术展望 | 光刻胶喷涂 - 光致抗蚀剂喷涂 - 驰飞超声波喷涂

SiC功率模块封装技术展望

基于焊接与引线键合的传统材料工艺存在熔点低、高温蠕变失效、引线缠绕、寄生参数等无法解决的问题,新型互连材料正从焊接向压接、烧结技术发展。

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与焊接式功率模块相比,压接式模块的优势具体有以下几点。

(1)焊接通过引线连接芯片和PCB板,在多次功率循环后容易老化脱落,造成模块失效。而且,焊接层空洞增加热阻,降低可靠性。压接借助压力将芯片压在基板上,电流从铜板直接流过,提高可靠性。

(2)传统焊接式多为单面散热,而压接式多为双面散热,可提升散热性能,有利于器件性能的充分发挥。

(3)键合线和焊接层引入杂散参数,高频特性下,电压和电流易产生较大波动,影响芯片串联特性。

考虑到纳米银焊膏具有高导电率、高导热性和优良的延展性,且熔点显著高于传统焊料,相关科研团队利用纳米银焊膏将芯片和集电极钼层烧结在一起,成功开发出银烧结压接封装器件,显示出其在压接型功率模块的封装应用中具有一定优势。

银烧结封装可以降低压接型器件的导通电压和通态损耗,减缓芯片与发射极钼层间的接触磨损,提升器件使用寿命。

目前烧结封装技术在发展中仍然存在着不能忽略的问题,同时也提出如下一些可行性方案

(1)由于银和SiC芯片背面材料热膨胀系数不同引起的问题,可通过添加金属缓冲层来改善互连性能,但会增加功率模块封装工艺的复杂性和成本。采用满足性能指标和可靠性的烧结层代替缓冲层,成为研发的可行性方案。

(2)银层的电迁移现象,不利于功率电子器件长期可靠应用。铜烧结既能满足减少电迁移现象,又能够降低成本,使其成为高温模具连接材料的一种很有前途的替代品。

(3)优化烧结工业,创新烧结方案,缩减预热、烧结时长,提升生产效率;流水线工作,提升可制造性和生产设计的灵活性。

(4)与无压烧结相比,低压烧结可靠度和散热性能较好。虽然部分厂商已解决压力问题,但是烧结过程中的致密性、连接层的温控和极限环境中性能退化问题还尚待解决。

上述问题的解决需要产业链上下游的联动协调攻关,部分问题随着技术进步将逐步得到解决。尽管当前模块封装几乎全是以连线键合方式为主,预计未来3~5年银烧结封装技术会是功率模块互连的主流技术。由于银离子迁移对互联结构有负面影响,加之成本和热应力适配需求,与银烧结技术类似的瞬时液相烧结(TLPS)、银铜烧结、铜烧结技术和相应的焊浆材料也在快速发展,部分技术瓶颈有望在近几年突破。芯片贴装、基板连接、模块与散热器的连接等都是烧结技术潜在的应用范围。

超声波喷涂技术用于半导体光刻胶涂层。与传统的旋涂和浸涂工艺相比,它具有均匀性高、微观结构良好的封装性和可控制的涂覆面积大小等优点。在过去的十年中,已经充分证明了采用超声喷涂技术的3D微结构表面光刻胶涂层,所制备的光刻胶涂层在微观结构包裹性和均匀性方面都明显高于传统的旋涂。

超声波喷涂系统可以精确控制流量,涂布速度和沉积量。低速喷涂成形将雾化喷涂定义为精确且可控制的模式,以在产生非常薄且均匀的涂层时避免过度喷涂。超声喷涂系统可以将厚度控制在亚微米到100微米以上,并且可以涂覆任何形状或尺寸。

关于驰飞

驰飞的解决方案是环保、高效和高度可靠的,可大幅减少过量喷涂,节省原材料,并提高均一性、转移效率、均匀性和减少排放。为企业提供围绕功能涂层的全套解决方案及长期技术支持,保证客户涂层稳定量产;针对特殊器械涂层需求,提供涂层定制研发服务;提供各类涂层代工服务。

杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商,产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。

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