基于新型层叠DBC混合封装功率模块的键合线可靠性研究
发布时间：2021-06-11 14:32
功率模块的高功率密度化成为电力电子应用最重要的规格之一。为了提高功率模块的功率密度,可以提高半导体开关器件的开关频率,从而降低无源器件的体积。但是硅基器件受到材料的限制,不能达到很高的开关频率,因此碳化硅器件为高功率密度的应用提供了新的选择。碳化硅器件能够达到更高的开关频率,更高的击穿电压和更低的导通电阻。但同时也会产生很高的di/dt,给模块寄生参数的控制带来了困难和挑战。基于碳化硅器件的新型混合封装结构采用互感抵消法则,能够有效的减小模块的寄生电感大小,并且比平板结构的工艺简单和成熟,是目前比较理想的高功率密度封装结构。然而,混合封装结构仍存在着可靠性问题,比如键合线的脱落等等。所以研究并优化这种新型结构的可靠性具有非常重要的意义。本文着重研究了基于新型层叠DBC混合封装结构的键合线的5种形状参数对于键合线可靠性的影响情况。本文首先通过ANSYS Workbench平台的瞬态力场模块,提出了对新型层叠DBC混合封装结构进行温度循环的仿真方法,并通过仿真结果中的最大Von-mises等效应力值和塑性应变幅值对不同结构键合线的可靠性进行判断比较。接着搭建温度循环实验平台,并提出了对新型...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统功率模块截面图
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论泛使用。研究所便通过不同温度范围下的功率循环测试比较了4如图 1-3 所示。Al-H11 是高纯度铝线，柔软度好，弯比 Al-H11 低的铝线，但是强度更大；Al-CR 是加入了镍腐蚀性能；而 AlX 是加入了质量百分比小于 1%的钪的细的晶体结构，且高温下存在析出硬化现象，强度会提的剪切力衰减速率最慢，可靠性最高。该文还提出键合]。
提高金线的可靠性，如图1-4 所示。该种结构在高温存储试验等极端环境下长时间都没有出现微结构上的变化，而与之对比的传统结构则出现了明显的空洞，所以 OPM 有效提高了金线的可靠性[14]。图 1-4 镍钯金合金缓冲层 OPM而对于铜线，为了减小铜线的高硬度带来的可靠性危害，Danfoss公司的SiegbertHaumann 提出了他们公司的键合缓冲技术（DBB），即在芯片上烧结一层厚铜层，如图 1-5 所示。该铜层能够有效降低铜线与芯片的热膨胀系数不匹配现象，在铜线键合时能够代替芯片吸收能量，保护芯片不受损害，且铜层能够使芯片上的电流密度更加均匀。他通过功率循环测试后发现这种缓冲层的耐用度比传统结构高了 15倍，有效的提高了铜线的寿命[15]。
本文编号：3224719
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统功率模块截面图
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论泛使用。研究所便通过不同温度范围下的功率循环测试比较了4如图 1-3 所示。Al-H11 是高纯度铝线，柔软度好，弯比 Al-H11 低的铝线，但是强度更大；Al-CR 是加入了镍腐蚀性能；而 AlX 是加入了质量百分比小于 1%的钪的细的晶体结构，且高温下存在析出硬化现象，强度会提的剪切力衰减速率最慢，可靠性最高。该文还提出键合]。
提高金线的可靠性，如图1-4 所示。该种结构在高温存储试验等极端环境下长时间都没有出现微结构上的变化，而与之对比的传统结构则出现了明显的空洞，所以 OPM 有效提高了金线的可靠性[14]。图 1-4 镍钯金合金缓冲层 OPM而对于铜线，为了减小铜线的高硬度带来的可靠性危害，Danfoss公司的SiegbertHaumann 提出了他们公司的键合缓冲技术（DBB），即在芯片上烧结一层厚铜层，如图 1-5 所示。该铜层能够有效降低铜线与芯片的热膨胀系数不匹配现象，在铜线键合时能够代替芯片吸收能量，保护芯片不受损害，且铜层能够使芯片上的电流密度更加均匀。他通过功率循环测试后发现这种缓冲层的耐用度比传统结构高了 15倍，有效的提高了铜线的寿命[15]。
本文编号：3224719
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