功率模塊封裝關(guān)鍵技術(shù)詳細(xì)介紹與國產(chǎn)封裝發(fā)展情況分析

一、功率模塊封裝關(guān)鍵技術(shù)

1. 互連技術(shù)

互連技術(shù)是功率模塊封裝的核心環(huán)節(jié)，直接影響模塊的可靠性和性能：

• 傳統(tǒng)互連方式：金線、鋁線、銀線、金銀合金線、銅線等用于鍵合

• 發(fā)展趨勢：

• 向銅線鍵合、無引線鍵合、無IMC連接(如Cu-Cu鍵合)方向發(fā)展

• Infineon在低功率設(shè)備中已廣泛使用銅線鍵合工藝，成本更低且性能保證

• Semikron 3D Skin技術(shù)：使用銀燒結(jié)技術(shù)，將引線替換為柔性PCB箔，功率循環(huán)性能提升約70倍

• 富士電機(jī)針對SiC MOSFET功率模塊，開發(fā)無鋁絲模塊為基礎(chǔ)的封裝結(jié)構(gòu)

2. 焊接技術(shù)

焊接是芯片與DBC基板之間、DBC基板與銅底板之間的關(guān)鍵技術(shù)：

• 傳統(tǒng)焊接：焊料焊接，但存在熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力問題

• 新型焊接技術(shù)：

• 擴(kuò)散鍵合技術(shù)(包含擴(kuò)散焊接和低溫?zé)Y(jié)技術(shù))

• 納米銀焊膏：導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高、高溫可靠性好、機(jī)械強(qiáng)度高、抗疲勞性良好

• 金基焊料、納米銀銅合金等新型焊料

• 銀燒結(jié)工藝：特別適用于SiC模塊，充分發(fā)揮其耐高溫優(yōu)勢

3. 熱管理技術(shù)

熱管理是功率模塊封裝的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

• 雙面冷卻(DSC)：芯片上下表面均接觸散熱結(jié)構(gòu)，散熱效率提升50%-100%，功率密度達(dá)300W/cm3以上

• 嵌入式封裝：芯片嵌入PCB或陶瓷基板，縮短熱路徑，SiC模塊能量損耗可降60%

• 先進(jìn)熱界面材料(TIM)：液態(tài)金屬、燒結(jié)銀替代傳統(tǒng)硅脂，熱阻降30%-50%

• 頂部散熱封裝：如QDPAK/TOLT，熱量從頂部導(dǎo)出，減小PCB熱應(yīng)力

4. 基板技術(shù)

• DBC基板：直接覆銅基板，滿足功率器件內(nèi)互聯(lián)和導(dǎo)熱散熱需求，同時(shí)具備絕緣性

• AMB基板：活性金屬釬焊基板，替代DBC，耐高溫與可靠性更高，成為車規(guī)SiC模塊主流

• 基板材料升級：AlN/Si?N?陶瓷基板替代Al?O?，導(dǎo)熱率提升2-3倍(AlN達(dá)170W/m·K)

5. 封裝材料技術(shù)

功率模塊封裝材料分為三大類：

• 有機(jī)材料：有機(jī)硅凝膠(高彈性、低應(yīng)力、耐溫性好)、環(huán)氧樹脂(重要絕緣材料)

• 金屬材料：銅、鋁等用于基板和散熱

• 陶瓷材料：Al?O?、AlN、Si?N?等用于基板

• SLC封裝技術(shù)：集合一體化絕緣金屬基板(IMB)和直接樹脂灌封(DP Resin)的新型封裝技術(shù)，極大提高模塊熱沖擊和熱循環(huán)能力

6. 主流封裝工藝類型

根據(jù)應(yīng)用場景和功率等級，功率模塊封裝工藝主要分為三類：

a. 智能功率模塊(IPM)封裝工藝：

• 純框架銀膠裝片類：基于傳統(tǒng)IC封裝方式，采用銅線內(nèi)互聯(lián)和全塑封，適用于小功率家電電源、水泵調(diào)速變頻控制

• 純框架軟釬焊和銀膠混合裝片類：具有散熱片(一般為陶瓷)，功率芯片采用粗鋁線，芯片控制部分采用金銅線內(nèi)互聯(lián)，適用于白電變頻調(diào)控

• 焊料裝片DBC類：集成度高，采用SMT技術(shù)將功率芯片和被動(dòng)元器件集成封裝，適用于大功率場合

b. 灌膠盒封功率模塊封裝工藝：

• 采用DBC、粗鋁線或粗銅線鍵合、銅片釬接等工藝

• 焊料裝片或銀燒結(jié)工藝，端子采用焊接壓接方式

• 灌入導(dǎo)熱絕緣混合膠保護(hù)，塑料盒外殼

• 適用于大功率工業(yè)品和汽車應(yīng)用場景

c. 結(jié)合前兩種優(yōu)勢的功率模塊封裝工藝：

• 采用DBC、銅柱、焊料裝片或銀燒結(jié)工藝

• 打線或銅片釬接內(nèi)互聯(lián)，塑封形成雙面散熱通道

• SiC模塊發(fā)展趨勢：采用銀燒結(jié)代替焊料，采用銅(銅線、銅片)做內(nèi)互聯(lián)代替粗鋁線

二、國產(chǎn)封裝發(fā)展情況分析

1. 國產(chǎn)封裝設(shè)備技術(shù)突破

2025年度國產(chǎn)半導(dǎo)體封裝設(shè)備技術(shù)取得顯著進(jìn)展：

• 翰美半導(dǎo)體(無錫)：專注于高端半導(dǎo)體封裝設(shè)備，真空回流焊接系統(tǒng)極限真空度達(dá)10Pa，解決焊接空洞率控制難題

• 華東地區(qū)精密設(shè)備制造商：深耕精密加熱與真空控制技術(shù)，真空度可達(dá)50Pa以下

• 華南地區(qū)自動(dòng)化裝備企業(yè)：模塊化真空焊接系統(tǒng)支持快速換型，升溫速率可達(dá)5℃/秒

• 北方科技裝備研究院：開發(fā)實(shí)驗(yàn)室級真空共晶焊接平臺(tái)，支持新型焊料工藝探索

• 西南地區(qū)智能制造集團(tuán)：智能真空回流焊系統(tǒng)內(nèi)置AI工藝優(yōu)化算法，平均無故障運(yùn)行時(shí)間超3000小時(shí)

2. 國產(chǎn)封裝材料進(jìn)展

• 材料國產(chǎn)化現(xiàn)狀：功率模塊封裝材料國外供應(yīng)商以美、德、日為主，國產(chǎn)化勢在必行

• 研究進(jìn)展：

• 對國產(chǎn)有機(jī)硅凝膠、環(huán)氧灌封膠以及一體化金屬基板進(jìn)行封裝測試

• 湖南省功率半導(dǎo)體創(chuàng)新中心對大功率半導(dǎo)體模塊封裝材料國產(chǎn)化進(jìn)行有益探索

• SLC封裝技術(shù)引入的IMB基板去掉了絕緣層與銅底板之間的焊接層，消除熱疲勞點(diǎn)

• 挑戰(zhàn)：國產(chǎn)封裝材料測試平臺(tái)、工藝驗(yàn)證平臺(tái)和模塊驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)明顯缺乏

3. 國內(nèi)企業(yè)技術(shù)進(jìn)展

• 揚(yáng)杰科技：

• IGBT模塊研發(fā)推出1200V與650V系列產(chǎn)品，性能對標(biāo)國際廠商

• 車規(guī)級封裝產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)5倍以上增長

• 第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品SiC SBD已量產(chǎn)

• IGBT、FRD晶圓產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)3倍以上增長，MOSFET、TMBS晶圓產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)50%以上增長

4. 國產(chǎn)封裝技術(shù)挑戰(zhàn)與展望

• 技術(shù)挑戰(zhàn)：

• 封裝材料測試平臺(tái)、工藝驗(yàn)證平臺(tái)和模塊驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏

• 高端封裝設(shè)備與材料仍依賴進(jìn)口

• 封裝工藝與國際先進(jìn)水平仍有差距

• 發(fā)展趨勢：

• 從"能用"到"好用"的躍遷，真空度控制、溫場均勻性、自動(dòng)化集成水平已具備與進(jìn)口設(shè)備同臺(tái)競技的實(shí)力

• 低寄生、高散熱、寬禁帶適配、智能集成與高可靠成為創(chuàng)新方向

• 雙面散熱塑封功率模塊和高壓PCB嵌入式封裝成為創(chuàng)新方向，如舍弗勒推出的高壓PCB嵌入式功率模塊適配新能源汽車800V高壓平臺(tái)

• 發(fā)展建議：

• 加強(qiáng)材料研究、機(jī)理研究及應(yīng)用研究

• 建立完善的材料驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證和模塊測試平臺(tái)

• 增強(qiáng)國產(chǎn)封裝材料開發(fā)人、封裝企業(yè)、模塊應(yīng)用端企業(yè)的信心，推動(dòng)大功率半導(dǎo)體模塊封裝國產(chǎn)材料的全方位發(fā)展

功率模塊封裝技術(shù)正朝著高功率密度、高可靠性、高集成度方向發(fā)展，國產(chǎn)封裝技術(shù)雖已取得顯著進(jìn)展，但仍需在材料、設(shè)備、工藝等方面持續(xù)創(chuàng)新，以滿足新能源汽車、光伏逆變器、5G基站等高端應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

功率模塊清洗-合明科技錫膏助焊劑清洗劑介紹：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。

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主營產(chǎn)品包括：集成電路與先進(jìn)封裝清洗材料、電子焊接助焊劑、電子環(huán)保清洗設(shè)備、電子輔料等。

半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆疊集成;COB綁定前清洗；晶圓級封裝；高密度SIP焊后清洗；功率電子清洗。