电子集成模块的封装基片与外壳.pdf

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1、电子集成模块的封装基片与外壳白书欣国防科技大学1电子封装基片与外壳一、封装的基本概念二、应用领域及其性能要求三、主要封装材料体系四、国防科大工作基础2一、封装的基本概念1.1电子封装——芯片模块指把芯片包裹保护起来，并且把芯片上的电路管脚用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。3一、封装的基本概念1.1电子封装——基片与外壳封装外壳与盖板封装基片芯片模块作为芯片封装模块的载体和外壳，用于支撑、保护芯片模块，同时具备高的散热能力。Al/SiC基片4一、封装的基本概念APG-77有源相控阵火控雷达T/R组件示意图一、目标与任务一、封装的基本概念IGBT半导体

2、器件结构一、封装的基本概念1.2电子封装材料•电子封装材料是指用作基片、底板、外壳等来支撑和保护半导体芯片和电子电路等，同时又起到散热和/或导电的作用的一类材料的总称。•其主要功能包括机械支撑、散热、信号传递以及元件保护等。•电子封装材料的性能要求：ò良好的导热性能ò适宜可调的膨胀系数ò比重轻、强度高，模量高ò良好的可焊性和可加工性ò良好的化学稳定性ò便于加工、自动化生产，价格低廉7二、应用领域及其性能要求应用领域军品典型应用民品典型应用有源相控阵雷达T/R组件轨道车辆牵引变流器及逆变器IGBT模块8二、应用领域及其性能要求2.1有源相控阵雷达T/R组件•探

3、测距离远•抗干扰能力强•具有多目标跟踪能力•拥有多功能特性有源相控阵火控雷达•可靠性高•维护性好核心器件—T/R组件雷神公司“铺路爪”NMD远程预警雷达9二、应用领域及其性能要求2.1有源相控阵雷达T/R组件APG-77有源相控阵火控雷达T/R组件示意图天线型式：有源相控阵天线直径：约1m20KW!!T/R组件：2000个组件功率：10W/组件F-22战斗机10二、应用领域及其性能要求2.1T/R组件对管壳材料的性能要求•适宜可调的膨胀系数•低密度•高热导率•高气密性•高弹性模量•材料与构件的近净成型一体化技术(或可加工性)•良好封焊特性11二、应用领域及其

4、性能要求2.2大功率IGBT模块•在轨道车辆中，广泛采用了IGBT模块来构成牵引变流器以及逆变器。•仅轨道交通中，国内大功率IGBT模块年IGBT模块需求量为15万～20万件。12二、应用领域及其性能要求2.2大功率IGBT模块•IGBT模块的热循环能力(或温度循环能力)是高可靠性应用的重要问题。温摆对IGBT循环次数的影响用于牵引的IGBT热循环周期13二、应用领域及其性能要求2.2大功率IGBT模块功率用IGBTIGBT模块所用材料的膨胀系数和热导率铝碳化硅材料用途膨胀系数CTE热导率模块发展的趋势和方向（150℃ppm/℃）(W/m.K)硅Si芯片2.

5、6110铝Al连接线23.8220氧化铝Al2O3绝缘体6.727代替氮化铝AlN绝缘体4.5180铜Cu基板17390铜铝碳化硅AlSiC基板7180基板是大不同材料组合对IGBT模块可靠性的影响材料芯片和绝缘体绝缘体和基板热循环次数间热失配值间热失配值（温摆为80℃）Si+AlO+Cu4.110.3300023Si+AlN+AlSiC1.92.51500014二、应用领域及其性能要求2.3其他应用领域RFandMicrowavepackagingThermalbackingplatesRFandmicrowavecarriersOpticalhousin

6、gsGuide-barsforPCBsSolderingassemblyfixtures15二、应用领域及其性能要求2.4新的封装方式与封装材料性能要求低膨胀和高刚度显得更为突出基于系统的复合封装大功率、系统性、一体化16三、主要封装材料体系第三代TC﹥300ρ=6铜基复合封装材料第三代TC=230ρ=3铝基复合封装材料第二代TC=190ρ=16.5W-Cu、Mo-Cu合金第一代TC<20ρ=8.3Kovar合金17三、主要封装材料体系主要封装材料体系的主要性能对比表Cu/WCu/MoKovarAlSiAlSiCCuSiCCuDi（15/85）（15/85）

7、CTE5.97.277-174.8-168-11.57-9ppm/kTC120-14190160132-255200-350550-700W/m.k180Density8.117102.4-2.62.8-3.15.0-6.55.5-7.0g/cm318三、主要封装材料体系3.1Kovar合金¢名义成分：Fe-29Ni-18Co¢性能特点：•热膨胀系数低（5.8×10-6/K）•热导率低（热导率仅为15～17W/(m•K)）•高密度（8.1g/cm3）•较低的刚度发展瓶颈—热导率低19三、主要封装材料体系3.1Kovar合金¢制备工艺：•熔炼铸造+压力加工：工

8、艺复杂性能均一性差成本高材料利用率低•粉末注射成型技