IGBT模块封装壁垒：高可靠性

发布时间：2024-03-14作者来源：澳门新葡萄新京威尼斯987浏览：1263

IGBT模块的封装技术难度高，高可靠性设计和封装工艺控制是其技术难点。IGBT模块具有使用时间长的特点，汽车级模块的使用时间可达15年。因此在封装过程中，模块对产品的可靠性和质量稳定性要求非常高。高可靠性设计需要考虑材料匹配、高效散热、低寄生参数、高集成度。

封装工艺控制包括低空洞率焊接/烧结、高可靠互连、ESD防护、老化筛选等，生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握，如铝线键合，表面看只需把电路用铝线连接起来，但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。

IGBT模块封装工艺流程

散热效率是模块封装的关键指标，会直接影响IGBT的[敏感词]工作结温，从而影响IGBT的功率密度。由于热膨胀系数不匹配、热机械应力等原因，模组中不同材料的结合点在功率循环中容易脱落，造成模块散热失效。

	主流方案	先进方案
芯片间连接方式	铝线键合	铝带键合、铜线键合
模组散热结构	单面直接水冷	双面间接水冷、双面直接水冷
DBC板/基板材料	DBC：Al2O3	DBC：AIN、Si3N4
DBC板/基板材料	基板：Cu	基板：AISiC
芯片与DBC基板的连接方式	SnAg焊接	SnSb焊接、银烧结、铜烧结

IGBT封装技术的升级方向

提高模组散热性能的方法包括改进芯片间连接方式、改进散热结构、改进DBC板/基板材料、改进焊接/烧结工艺等。比如英飞凌的IGBT5应用了先进XT键合技术，采用铜线代替铝线键合、银烧结工艺、高可靠性系统焊接，散热效率得到大幅提升，但同时也面临着成本增加的问题。

铝基碳化硅散热件

另外还有客户壁垒：认证周期长，先发企业优势明显

IGBT产品取得客户认可的时间较长。由于其稳定性、可靠性方面的高要求，客户的认证周期一般较长，态度偏向谨慎，在大批量采购前需要进行多轮测试。新进入者很难在短期内获得下游客户认可。

	消费类	工业级	汽车级
工况		不同行业有所不同	高温&低温、震动
工作结温	-20-70°	-25-150°C	-40-150°
湿度	低	根据工作环境确定	0-100%
失效率要求	3%	<1%	0
使用时间	1-3年	3-10年	10-15年
认证标准	JEDEC标准(器件)	JEDEC标准(器件)	AEC-Q101(器件)
	IEC60747-15(模组)	IEC60747-15(模组)	AQG 324(模组)
设计要点	防水	防水、防腐、防潮、防霉变	增强散热效率、抗震设计

不同应用场景对IGBT模块的要求

以汽车级IGBT为例，认证全周期可达2-3年。IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q100等车规级认证，认证时长约12-18个月。通过后，厂商还需与车厂或Tier 1供应商进行车型导入测试验证，这一过程可能持续2-3年。在测试验证完成后，供应商通常会先以二供或者三供的身份供货，再逐步提高量。而在需求稳定的情况下，车厂出于供应链安全考虑，更倾向于与现有供应商保持合作，新IGBT供应商可能无法得到验证机会。

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