功率半导体模块压接工艺分析与改进

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1、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2．1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

2、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。2．2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。1压接功率模块装配工艺分析与改进措失。3．1材料的选取3．1．1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。3．1．2瓷片的选取。模块特性的好坏，很大程度上取决

3、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/m·k）17020260270绝缘电阻（Ω/cm）>1014>1014>1014>1013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）310370350>480折弯强度(Mpa)350300200450密度(g/cm3)3.33.72.9>3.1通过以上对比，ALN陶瓷基片其导热率高，绝缘电

4、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。3．1．3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.k0.2介电强度KV/mm15体积电阻率（Ω·cm）≥10143．1．4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。3．2压接功率模块装配注意事项压接功

5、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。3．3．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

6、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。1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要求的优质产品。参考文献：[1]《电力半导体器件原理》，机械工业出版社。[2]《晶闸管的设计与制造》[英]P。D。TAYLOR著。[3]《功率半导体器件-理论及应用》[捷克]维捷斯拉夫.本

7、达[英]约翰戈沃著.