IGBT模塊封裝是將多個IGBT集成封裝在一起，以提高IGBT模塊的使用壽命和可靠性，體積更小、效率更高、可靠性更高是市場對IGBT模塊的需求趨勢，這就有待于IGBT模塊封裝技術的開發(fā)和運用。目前流行的IGBT模塊封裝形式有引線型、焊針型、平板式、圓盤式四種，常見的模塊封裝技術有很多，各生產(chǎn)商的命名也不一樣，如英飛凌的62mm封裝、TP34、DP70等等。

IGBT模塊有3個連接部分:硅片上的鋁線鍵合點、硅片與陶瓷絕緣基板的焊接面、陶瓷絕緣基板與銅底板的焊接面。這些接點的損壞都是由于接觸面兩種材料的熱膨脹系數(shù)(C犯)不匹配而產(chǎn)生的應力和材料的熱惡化造成的。 如下圖，采用英飛凌62mm封裝的FF300R12KS4結構圖

IGBT模塊封裝技術很多，但是歸納起來無非是散熱管理設計、超聲波端子焊接技術和高可靠錫焊技術。下面以富士通經(jīng)典的IGBT封裝PrimePACK封裝來說明三項技術的原理和特點：

(1)散熱管理設計方面，通過采用封裝的熱模擬技術，優(yōu)化了芯片布局及尺寸，從而在相同的ΔTjc條件下，成功實現(xiàn)了比原來高約10%的輸出功率。

(2)超聲波端子焊接技術可將此前使用錫焊方式連接的銅墊與銅鍵合引線直接焊接在一起(圖2)。該技術與錫焊方式相比，不僅具備高熔點和高強度，而且不存在線性膨脹系數(shù)差，可獲得較高的可靠性(圖3)。與會者對于采用該技術時不需要特別的準備。富士公司一直是在普通無塵室內(nèi)接近真空的環(huán)境下制造，這種方法沒有太大的問題。

圖3：超聲波焊接與錫焊的比較

(3)高可靠性錫焊技術。普通Sn-Ag焊接在300個溫度周期后強度會降低35%，而Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在相同周期之后強度不會降低。這些技術均“具備較高的高溫可靠性”。

IGBT模塊封裝流程：一次焊接--一次邦線--二次焊接--二次邦線---組裝--上外殼、涂密封膠--固化---灌硅凝膠---老化篩選。這些流程不是固化的，要看具體的模塊，有的可能不需要多次焊接或邦線，有的則需要，有的可能還有其他工序。上面也只是一些主要的流程工藝，其他還有一些輔助工序，如等離子處理，超聲掃描，測試，打標等等。

IGBT模塊封裝的作用 IGBT模塊封裝采用了膠體隔離技術，防止運行過程中發(fā)生爆炸;第二是電極結構采用了彈簧結構，可以緩解安裝過程中對基板上形成開裂，造成基板的裂紋;第三是對底板進行加工設計，使底板與散熱器緊密接觸，提高了模塊的熱循環(huán)能力。對底板設計是選用中間點設計，在我們規(guī)定的安裝條件下，它的幅度會消失，實現(xiàn)更好的與散熱器連接。后面安裝過程我們看到，它在安裝過程中發(fā)揮的作用。產(chǎn)品性能，我們應用IGBT過程中，開通過程對IGBT是比較緩和的，關斷過程中是比較苛刻。大部分損壞是關斷造成超過額定值。

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延伸閱讀：IGBT模塊封裝過程中的技術詳解

第一點說到焊接技術，如果要實現(xiàn)一個好的導熱性能，我們在進行芯片焊接和進行DBC基板焊接的時候，焊接質(zhì)量就直接影響到運行過程中的傳熱性。從上面的結構圖我們可以看到，通過真空焊接技術實現(xiàn)的焊接?？梢钥吹紻BC和基板的空洞率。這樣的就不會形成熱積累，不會造成IGBT模塊的損壞。

第二種就是鍵合技術，富士通公司用的鍵合技術是超聲鍵合。實現(xiàn)數(shù)據(jù)變形。鍵合的作用主要是實現(xiàn)電氣連接。在600安和1200安大電流情況下，IGBT實現(xiàn)了所有電流，鍵合的長度就非常重要，陷進決定模塊大小，電流實現(xiàn)參數(shù)的大小。運用過程中，如果鍵合陷進、長度不合適，就會造成電流分布不均勻，容易造成 IGBT模塊的損壞。外殼的安裝，因為IGBT本身芯片是不直接與空氣等環(huán)境接觸，實現(xiàn)絕緣性能，主要是通過外殼來實現(xiàn)的。外殼就要求在選材方面需要它具有耐高溫、不易變形、防潮、防腐蝕等特性。

第四是罐封技術，如果IGBT應用在高鐵、動車、機車上，機車車輛運行過程中，環(huán)境是非常惡劣的，我們可能會遇到下雨天，遇到潮濕、高原，或者灰塵比較大，如何實現(xiàn)IGBT芯片與外界環(huán)境的隔離，實現(xiàn)很好運行的可靠性，它的罐封材料起到很重要的作用。就要求選用性能穩(wěn)定無腐蝕，具有絕緣、散熱等能力，膨脹率小、收縮率小的材料。我們大規(guī)模封裝的時候，填充材料的部分加入了緩沖層，芯片運行過程中不斷加熱、冷卻。在這個過程中如果填充材料的熱膨脹系數(shù)與外殼不一致，那么就有可能造成分層的現(xiàn)象，在IGBT模塊中間加入一種類似于起緩沖作用的填充物，可以防止分層現(xiàn)象出現(xiàn)。

第五是質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，質(zhì)量控制所有完成生產(chǎn)后的大功率IGBT，需要對各方面性能進行試驗，這也是質(zhì)量保證的根本，可以通過平面設施，對底板進行平整度進行測試，平整度在IGBT安裝以后，所有熱量散發(fā)都是底板傳輸?shù)缴崞?。平面度越好，散熱器接觸性能越好，導熱性能越好。第二是推拉測試，對鍵合點的力度進行測試。第三硬度測試儀，對主電極的硬度，不能太硬、也不能太軟。超聲波掃描，主要對焊接過程，焊接以后的產(chǎn)品質(zhì)量的空洞率做一個掃描。這點對于導熱性也是很好的控制。IGBT模塊電氣方面的監(jiān)測手段，主要是監(jiān)測IGBT模塊它的參數(shù)、特性是否能滿足我們設計的要求，第二絕緣測試。