江南IGBT模块结构及老化简介
来源 |电力电子技术与新能源
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”
【江南IGBT模块结构及老化简介】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 ， 以最优化空间布局 ， 匹配系统需求 。
IGBT制造流程
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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 ， 最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 ， 全球能制造出顶尖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
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不同厂商技术路线略有不同
IGBT封装
看图：
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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
1、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
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对导热陶瓷的基本要求是导热、绝缘和良好的机械性能 ，目前常用的导热陶瓷材料参数：
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IGBT模块常用的DBC散热陶瓷材料是氧化铝 ， 应用最为成熟 ， 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
2、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
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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
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3、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
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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
目前最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的焊接部分采用银烧结技术 ， 增强散热路径的导热性和可靠性
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