IGBT模块结构及老化简介

IGBT模块结构及老化简介

对于工程设计人员来讲，IGBT芯片的性能，可以从规格书中很直观地得到。但是，系统设计时，这些性能能够发挥出来多少，就要看“封装“了，毕竟夏天穿着棉袄工作任谁也扛不住，因此，对于怕热的IGBT芯片来讲，就是要穿得“凉快”电动汽车逆变器的应用上，国际大厂还是倾向于自主封装的IGBT，追求散热效率的同时，以*优化空间布局，匹配系统需求。

IGBT制造流程

• 晶圆生产：包含硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型三个步骤，目前国际主流是8英寸晶圆，部分晶圆厂12英寸产线逐步投产，晶圆尺寸越大，良品率越高，*终生产的单个器件成本越低，市场竞争力越大

• 芯片设计：IGBT制造的前期关键流程，目前主流的商业化产品基于Trench-FS设计，不同厂家设计的IGBT芯片特点不同，表现在性能上有一定差异

• 芯片制造：芯片制造高度依赖产线设备和工艺，全球能制造出**光刻机的厂商不足五家；要把先进的芯片设计在工艺上实现有非常大的难度，尤其是薄片工艺和背面工艺，目前这方面国内还有一些差距

• 器件封装：器件生产的后道工序，需要完整的封装产线，核心设备依赖进口

IGBT芯片

以英飞凌IGBT芯片发展历程为例

不同厂商技术路线略有不同

• 正所谓班门不弄斧，这部分给大家推荐一篇文章 https://mp.weixin.qq.com/s/F8cQltQqad6zLUBC71TuwQ 《英飞凌芯片简史》，很有意思

IGBT封装

看图：

IGBT模块的典型封装工序：芯片和DBC焊接绑线——>DBC和铜底板焊接——>安装外壳——>灌注硅胶——>密封——>终测

01

DBC（Direct Bonding Copper）

DBC（覆铜陶瓷基板）的作用：绝缘、导热，铜箔上可以刻蚀出各种图形，方便走电流

对导热陶瓷的基本要**导热、绝缘和良好的机械性能， 目前常用的导热陶瓷材料参数：

IGBT模块常用的DBC散热陶瓷材料是氧化铝，应用*为成熟，为了继续提升模块的散热性能，部分模块厂商在高性能产品上采用氮化铝或氮化硅陶瓷基板，显著增加散热效率，提升模块的功率密度

02

电流路径

刚开始接触IGBT模块的人，打开IGBT或许会有点迷惑，这里简单普及一下

对于模块，为了提升通流能力，一般会采用多芯片并联的方式

03

散热路径

单面散热模块散热路径如下图所示，芯片为发热源，通过DBC、铜底板传导至散热器

散热路径的热阻越低越好，除了DBC采用热导率更高的高导热陶瓷材料之外，IGBT模块制造商在焊接工艺上下了不少功夫

目前*成熟的焊接工艺采用的焊料是锡，为了满足高性能场合的应用，部分产品芯片与DBC的焊接部

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