igbt模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的 igbt模塊制作工藝介紹

IGBT是絕緣柵雙極晶體管的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。它通常具有三個(gè)端子：集電極、發(fā)射極和柵極。集電極和發(fā)射極都帶有金屬層，而柵極上的金屬材料包含二氧化硅層。IGBT實(shí)際上是一個(gè)由四層半導(dǎo)體構(gòu)成的器件，其中包括PNP和NPN晶體管的排列。IGBT模塊由IGBT芯片、反并聯(lián)二極管、驅(qū)動(dòng)電路等組成。igbt模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由散熱基板、DBC基板、IGBT芯片、二極管芯片和鍵合線(xiàn)組成。

IGBT模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包括以下幾個(gè)部分：

1.散熱基板：位于底部，主要用于有效傳導(dǎo)IGBT開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的熱量。

2.DBC基板：全稱(chēng)直接銅覆蓋基板，由三層組成。中間是陶瓷絕緣層，上下覆蓋著銅層。簡(jiǎn)而言之，它是一個(gè)絕緣材料，在兩側(cè)貼上一層銅，并在正面刻蝕出導(dǎo)電圖案，背面與散熱基板直接連接，因此無(wú)需刻蝕。

3.IGBT芯片：作為模塊的核心部分。

4.二極管芯片：電流方向與IGBT相反，用于反并聯(lián)。

5.鍵合線(xiàn)：常用于連接IGBT芯片、二極管芯片和DBC基板上的銅層。通常有兩種常用鍵合線(xiàn)材料，鋁線(xiàn)和銅線(xiàn)。

igbt模塊制作工藝介紹

1.晶圓生產(chǎn)：包括硅提纂和純化、單晶硅生長(zhǎng)以及晶圓制造等步驟。目前國(guó)際主流采用8英寸晶圓，部分廠(chǎng)家逐漸引入12英寸產(chǎn)線(xiàn)。較大的晶圓尺寸能夠提高良品率，降低單個(gè)器件的成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.芯片設(shè)計(jì)：IGBT的關(guān)鍵前期流程，當(dāng)前商業(yè)產(chǎn)品主要基于Trench-FS設(shè)計(jì)。不同廠(chǎng)家的IGBT芯片具有不同特點(diǎn)，性能上存在一定差異。

3.芯片制造：芯片制造高度依賴(lài)產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備和工藝。全球只有少數(shù)幾家公司能夠制造頂級(jí)光刻機(jī)，將先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)到工藝上具有極大難度，特別是在薄片工藝和背面工藝方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)際仍存在一些差距。

4.器件封裝：器件生產(chǎn)的后續(xù)工序，需要完善的封裝生產(chǎn)線(xiàn)。關(guān)鍵設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口。

IGBT芯片以英飛凌IGBT芯片發(fā)展歷程為例

IGBT模塊的典型封裝工序：芯片和DBC焊接綁線(xiàn)——》DBC和銅底板焊接——》安裝外殼——》灌注硅膠——》密封——》終測(cè)01 DBC（Direct Bonding Copper）DBC（覆銅陶瓷基板）的作用：絕緣、導(dǎo)熱，銅箔上可以刻蝕出各種圖形，方便走電流。

對(duì)導(dǎo)熱陶瓷的基本要求是導(dǎo)熱、絕緣和良好的機(jī)械性能，目前常用的導(dǎo)熱陶瓷材料參數(shù)：

IGBT模塊常用的DBC散熱陶瓷材料是氧化鋁，應(yīng)用最為成熟，為了繼續(xù)提升模塊的散熱性能，部分模塊廠(chǎng)商在高性能產(chǎn)品上采用氮化鋁或氮化硅陶瓷基板，顯著增加散熱效率，提升模塊的功率密度02 電流路徑剛開(kāi)始接觸IGBT模塊的人，打開(kāi)IGBT或許會(huì)有點(diǎn)迷惑，這里簡(jiǎn)單普及一下對(duì)于模塊，為了提升通流能力，一般會(huì)采用多芯片并聯(lián)的方式。

散熱路徑單面散熱模塊散熱路徑如下圖所示，芯片為發(fā)熱源，通過(guò)DBC、銅底板傳導(dǎo)至散熱器。

散熱路徑的熱阻越低越好，除了DBC采用熱導(dǎo)率更高的高導(dǎo)熱陶瓷材料之外，IGBT模塊制造商在焊接工藝上下了不少功夫目前最成熟的焊接工藝采用的焊料是錫，為了滿(mǎn)足高性能場(chǎng)合的應(yīng)用，部分產(chǎn)品芯片與DBC的焊接部分采用銀燒結(jié)技術(shù)，增強(qiáng)散熱路徑的導(dǎo)熱性和可靠性對(duì)于單管方案，單管與散熱底板的燒結(jié)逐漸成為趨勢(shì)典型案例：

單管功率模組的散熱原理與模塊類(lèi)似。Model 3的SiC單管與散熱器的焊接采用銀燒結(jié)的方式，與Model X相比，顯著提高了功率模塊散熱路徑的散熱效率和可靠性。

總的來(lái)說(shuō)，IGBT模塊的制作工藝是一個(gè)高度復(fù)雜的過(guò)程，需要在多個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制和規(guī)范操作。只有遵循科學(xué)的原則和嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，才能制造出高質(zhì)量、高可靠性的IGBT模塊。