一种新型提升电动汽车逆变器模块性能的电源封装方法

一种新型提升电动汽车逆变器模块性能的电源封装方法 随着油电混合动力汽车和电动汽车的普及，电子行业迎来了大量机遇。近年来，电子元件在典型汽车物料单中所占的比例逐渐提高，电力牵引技术也将现代汽车塑造成一种电气装置的显著进步。IGBT逆变器功率模块作为油电混合动力或纯电动汽车高压基础设施的一部分，是用于控制牵引电机的电传系统的关键元件。 在提高模块可靠性和额定功率的措施中，采用裸片IGBT和优化模块结构可以将焦耳加热的寄生电损耗降至最低水平，在IGBT晶圆和模块基板之间实现最低的热阻。基板可能带有大量散热片以实现空气冷却，或者利用水/乙二醇混合物进行液体冷却。 典型现代IGBT功率模块的热叠加和电触头如图2所示。IGBT器件需要高达300A（或更高）的电流处理能力，导致晶圆尺寸大至100mm2（或更高）。最新一代器件采用超薄晶圆技术制造而成，晶圆厚度为100μm（或更低）。这样就将电路径长度降至了最低水平，从而进一步提升了通态性能，还降低了载流电荷，有助于提高开关效率。 然而，超薄晶圆为模块制造商提出了艰巨的生产挑战，最终会导致产线良率降低。模块通常采用裸IGBT晶圆装配，从而抵消了任何二次封装相关的无晶圆封装电阻（DFPR）和封装热阻（RTHj-c），进而提高了能源效率和热性能。 国际整流器公司（以下简称“IR”）的COOLiR2Die是一项新型封装技术，旨在弥补传统裸片装配的不足。这种封装技术中的晶圆直接附于CTE与硅类似的DBC基底之上。该基底为晶圆提供机械支持，消除了对焊线的需求，还实现了双面冷却，进而提升了热性能。 器件采用卷带封装，可利用传统SMT设备进行放置。晶圆电极镀有银，使其易于焊接。这就是它与镀铝或铝合金的传统丝焊模块使用的芯片之间的关键区别。消除焊线除提高了可靠性，还提升了电性能。 周边集电极凸点和晶圆背面的电阻约为48Ω。利用6根直径为0.5mm的铝焊线实现的典型连接的总电阻超过140Ω。利用这种封装技术，IGBT可实现倒装晶圆或晶圆朝上配置。 倒装晶圆配置如图3所示，由IGBT和二极管构成，二者均翻转过来，所以IGBT的栅极和发射极以及二极管的阳极都附在DBC基底上。管芯连接材料可以是高铅焊料，也可以是面向无铅应用的烧结银材料。 IGBT的发射极和栅极以及二极管的阳极通过DBC基底的导电线与周边触点相连。图3：倒装晶圆装配 在晶圆朝上配置（如图4所示）中，发射极和栅极都正面朝上（因此称为“晶圆朝上”），而IGBT集电极和二极管的阴极则与周边触点相连。 图4：晶圆朝上装配 借助于倒装晶圆和晶圆朝上配置，模块制造商可以利用模块DBC基底的铜丝（见图5）来连接倒装晶圆IGBT的发射极和晶圆朝上器件。