绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的封装可靠性增强方法研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzj071
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
封装界面连接层作为电子封装结构中的一个薄弱环节,经常受到电、热和机械等复杂载荷。连接层的疲劳被认为是功率模块封装结构的主要失效模式。鉴于纳米银焊膏具有熔点高(961℃)、热导率高、弹性模量低等特点,适用于高温大功率电子封装界面互连。本文提出了一种绝缘栅双极性晶体管(IGBT)模块的可靠性增强的优化封装方法。区别于目前主流商用封装策略,本课题采用电流辅助烧结纳米银焊膏作为芯片连接层,进而使用高熔点焊料代替传统的低熔点Sn Ag3.0Cu0.5焊料作为基板与底板的界面连接材料,显著提高了IGBT模块的热循环疲劳老化抗性。具体研究内容如下:首先,本文阐明了1200-V/50-A IGBT模块设计结构、封装材料选用和封装工艺方法,并采用电流辅助烧结纳米银焊膏作为芯片连接层材料,高温焊料作为基板连接层材料,完成了所提出的1200-V/50-A IGBT模块的封装制备。随后,为了论证封装策略的可行性,本文对比研究了所提出的IGBT模块与同等级商业型IGBT模块的电性能和散热性能。研究表明,在25℃和125℃时,所提出的IGBT模块集电极-发射极饱和电压(Vce(sat))分别为1.72 V和1.91 V,静态特性和开关特性与同等级商业型IGBT模块一致。这表明所提出封装策略对芯片未造成芯片性能退化,满足封装基本要求。进一步散热性能结果表明,同等级商业型IGBT模块的热阻约为0.407℃/W,而所提出的IGBT模块热阻仅约为0.337℃/W,较之同等级商业型IGBT模块其热阻降低了17.2%。优异的散热性能更进一步验证了所提出封装策略的可行性。最后,针对所提出的IGBT模块与同等级商业型模块,本文开展了高低温快速冲击老化试验(-40℃~150℃)。该试验以IGBT模块热阻增加20%为失效判据,研究了所提出的IGBT模块热阻随老化时间的变化规律,并利用超声波无损检测技术,分析了模块基板—底板界面连接层的高低温快速冲击疲劳失效机理。结果表明,所提出的IGBT模块比同等级商业型IGBT模块的热阻退化更慢,具有优异的热循环疲劳老化抗性。因此,通过采用电流辅助烧结纳米银焊膏作为芯片连接层,进而实现高温合金焊料Sn5Pb92.5Ag2.5代替传统的低温合金焊料Sn Ag3.0Cu0.5作为基板—底板连接层,是一种可行的增强IGBT模块封装可靠性的方法。
其他文献
目前,新兴的二维材料在光电过程的调控方面显示出巨大的潜力,然而对具有铁电性的二维材料研究很少。铁电材料是一种具有自发极化、且自发极化的方向可随着外电场方向而改变的材料,它的极化电荷会对界面处的能带结构产生影响,因此具有铁电性的二维材料在光电器件上也具有广阔的应用前景,结合压电光电子学效应也会带来潜在的功能特性。本论文通过水热法制备了钒(V)掺杂氧化锌(ZnO)(V-ZnO)纳米片,并构建了p-Si
半导体激光器(LD)是当今应用最广泛的激光器,尤以Ga N基LD发展迅猛,其电学和光学特性一直以来倍受广大研究学者关注。本文主要分析了宽带隙Ga N基多量子阱激光器在阈值附近的特性,并将部分特性与窄带隙Ga As基半导体激光器做了对比,具体工作如下:(1)利用多种表征激光器阈值电流的光学方法对Ga N基激光器的阈值电流进行了表征,指出了各种方法的优缺点。同时利用速率方程详细分析了这几种表征激光器阈
飞秒激光脉冲是指脉冲宽度为飞秒量级的激光脉冲,也被称为超短激光脉冲。近年来,飞秒激光在距离测量领域广泛应用。高更新速率的飞秒激光测距适用于激光雷达、卫星编队飞行和天基合成孔径成像等依赖高精度、高实时性距离测量的应用领域。在微小卫星平台等小尺寸低功耗场景的应用,使得飞秒激光测距系统向集成化的方向发展。与此同时,随着激光脉冲频率的提高,对测距系统数据处理平台提出了更高的要求。面向集成化的飞秒激光测距系
近年来,随着半导体集成电路(IC)产业的快速发展,微纳加工技术受到了前所未有的关注。作为一项十分关键的微纳加工技术,反应离子刻蚀(RIE)由于具有较高的刻蚀速率和优良的刻蚀各向异性,在IC制造业中起着至关重要的作用。由于刻蚀工艺参数之间相互依赖,相互影响,共同决定了反应离子刻蚀的刻蚀速率及刻蚀形貌。因此,探明刻蚀工艺参数之间的相互关系,对于刻蚀具有垂直侧壁的沟槽形貌,获得最佳刻蚀工艺参数至关重要。
超短脉冲激光拥有极窄的时域宽度、较宽的光谱与极高的峰值功率,在物理、化学及生物学领域的超快过程研究中发挥着重要作用,同时作为高端制造技术在工业领域的应用也越来越广泛。相较于采用其他介质材料的激光器,光纤激光器具有良好的光束质量与更高的集成度,且易于维护,成为了一种重要的飞秒激光技术。在光纤飞秒激光器的研究中,光纤锁模技术是保证飞秒激光系统稳定工作的关键,也是目前飞秒激光技术研究的重点之一。本论文主
井间瞬变电磁勘探是在一口井中放置发射线圈,在另外的井中放置阵列接收线圈。控制发射线圈中电流的通、断在地层中激发瞬变电磁场,利用接收线圈响应识别地层电学参数分布,因此需要研究线圈激发的瞬变电磁响应波形和分布。本文从Maxwell方程出发推导了一维瞬变电磁场响应——既衰减又相移,相移折算的扩散速度随频率变化而改变,应用传递矩阵方法计算了一维三层介质中的反射和透射波形。利用线圈在无限大均匀介质激发响应的
振荡现象在自然界中普遍存在,现代神经科学研究表明人类大脑计算就是通过振荡进行的。近年来,以忆阻器为基础的人工神经网络在类脑研究中得到了广泛关注。随着半导体制备技术的发展,纳米级、低功耗和高度可集成的振荡器已经可以实现,为模仿人脑计算奠定了硬件基础。易失性忆阻器在电流-电压曲线上呈现出S型负微分电阻(S-NDR)现象,也叫阈值开关,可以用来制备纳米振荡器。研究负微分电阻的起源对挖掘易失性忆阻器的潜在
随着集成电路工艺尺寸不断的缩小和产业化进程的加快,对芯片的测试要求也越来越高,可测试性设计(Design for Test,DFT)已成为芯片设计中必不可少的一环。扫描测试作为芯片可测试性设计的主要实现方式,对其设计方法的研究显得非常重要,在芯片规模较大时,测试压缩也是扫描测试中需要考虑的重要因素。本文基于一款微处理器(Micro Processor Unit,MPU)芯片子系统模块的扫描测试设计
气敏材料的性质决定气敏传感器的性能。ZnSnO3是一种具有良好气敏性能的三元化合物半导体材料。但是,纯ZnSnO3气敏传感器的工作温度通常在200℃以上,这极大地限制了它的应用。因此,如何降低ZnSnO3气敏传感器的工作温度并使其具有良好的气敏性能,成为本领域研究的热点。通过ZnSn(OH)6高温脱水制备ZnSnO3,是获得这种敏感材料的途径之一,且其性能会受形貌和粒径等微结构的影响。在ZnSn(
嗅觉作为生物进化史上最古老的感官功能,与人类的记忆、学习和情绪等密切相关。大脑皮层是最高级的神经中枢,能够评估来自各器官的刺激。研究大脑对不同气味的识别能力在嗅觉功能障碍的评估与诊断、抑郁症等精神类疾病患者的情绪调控等方面具有重要的意义。近年来基于脑电(Electroencephalogram,EEG)信号的嗅觉研究逐渐受到各国学者的关注。现有的基于EEG信号的气味种类识别研究往往只采用单一特征,