功率模块工作原理分析与维修工艺,功率模块的主要功能

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-04 19:19:42

模块中使用的SiC器件是 CPMF-1200-S080B(CREE)图2显示了所提出模块的示例。

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2、制造过程

图3显示了三步模块制造过程,在第一步,SiC器件在室温下通过构建在SiC器件上的AI凸块倒装芯片键合到陶瓷衬底。第二步中,金属块在真空室中用熔化温度为356℃的Au-Ge共晶焊料焊接。真空室的温度设置为450℃,以确保焊料润湿良好。此外,在样品上设置20克重物以帮助焊料润湿。最后,将构成缓冲电路的陶瓷基板和无源元件在真空室中一次性焊料。通过由碳制成的定位工具将缓冲电路放置在所需位置。该工艺中使用的焊料也是Au-Ge共晶焊料。

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二、评价方法

1、陶瓷基板翘曲

如前所述,所提出的功率模块是在450℃下制造的,与使用硅器件的传统功率模块相比,这是一个极高的温度。由于高温制造工艺,热膨胀差异显着增加;这会导致陶瓷基板翘曲,这可能会导致接合缺陷。典型的功率模块中使用的陶瓷基板在一侧具有铜布线图案,半导体器件与其接合。在陶瓷基板的另一侧,形成Cu实心图案。如果将具有实心图案的陶瓷基板用于所提出的模块中的陶瓷基板,则布线图案侧和实心图案侧之间的CTE不平衡将使陶瓷基板翘曲。图4所示出制造过程中发生的翘曲。

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在此,陶瓷基板由氮化硅构成,厚度为320μm。Cu布线图案和实心图案的厚度分别为150μm。另一方面,陶瓷基板由氧化铝构成,厚度为1000μm。在每一侧形成100-μm厚的布线图案,由于陶瓷层厚而Cu布线图案薄,陶瓷基板的翘曲可以忽略不计。

在本文中,通过对称设计陶瓷基板两侧的Cu布线图案以平衡应力,应用了减少陶瓷基板翘曲的对策。为了确认对策的效果,在50℃和250℃下测定陶瓷基板的翘曲,求出从50℃到250℃的位移。数字图像相关(DIC)方法用于测量陶瓷基板的翘曲。如图5所示,将陶瓷基板样品放置在内部带有热板的腔室中。将样品加热至250℃,50℃和250℃之间的翘曲变化由立体CCD相机观察确定。

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