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富士电机介绍最新IGBT封装技术_1

  富士电机在6月14日举行的2012最尖端封装技术研讨会的分会EV与HEV时代功率电子的最新技术动向上发表演讲,介绍了该公司的功率半导体封装及IGBT模块封装。此次的研讨会由日本电子封装学会主办,会场与JPCAShow2012(2012年6月13日~15日)一样设在东京有明国际会展中心。

  演讲者为富士电机电子元件业务本部松本工厂技术统括部封装技术部部长菊地昌宏,演讲题目为功率元件封装的最新情况与封装技术的课题。菊地首先介绍了该公司为车载功率半导体封装提供的解决方案高密度封装与支持175℃高温的封装。

  前者的具体实例是在控制IC上纵向安装功率半导体的CoC(chiponchip)封装,存在的课题是,如何减少两个裸片之间的薄膜粘合剂的线性膨胀系数。关于后者,菊地介绍道,选择分立封装后,将支持温度由原来的150℃提高到了175℃,但是,因小型化存在界限,今后还是需要提高工作保证温度以替代分立封装。

  随后,菊地将话题转移到了用于EV/HEV的马达控制等用途的IGBT模块上。先介绍了富士电机的IGBT模块历史,然后将该公司的产品分成了四类,分别为以高电流密度为特点的V-EP、PC系列,以大电流、高耐压及-55℃保证温度为特点的HPM,以大电流、高电流密度为特点的PrimePACK,以及以高可靠性为特点的HEV-PACK。

  而且,菊地还以其中的PrimePACK为例,介绍了此类产品使用的三项技术,包括(1)散热管理设计,(2)超声波端子焊接技术,(3)高可靠锡焊技术。

(1)散热管理设计方面,通过采用封装的热模拟技术,优化了芯片布局及尺寸,从而在相同的Tjc条件下,成功实现了比原来高约10%的输出功率(图1)。

图1:使用模拟器的散热管理设计的效果

  (2)超声波端子焊接技术可将此前使用锡焊方式连接的铜垫与铜键合引线直接焊接在一起(图2)。菊地展示了几项实验结果,该技术与锡焊方式相比,不仅具备高熔点和高强度,而且不存在线性膨胀系数差,可获得较高的可靠性(图3)。与会者对于采用该技术时需要的准备工作提出了多个问题,菊地回答:不需要特别的准备。我们公司一直是在普通无尘室内接近真空的环境下制造,这种方法没有问题。

图2:利用超声波直接焊接铜材料 

 图3:超声波焊接与锡焊的比较

(3)高可靠性锡焊技术。普通Sn-Ag焊接在300个温度周期后强度会降低35%,而Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在相同周期之后强度不会降低。这些技术均具备较高的高温可靠性。

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