富士電機(jī)介紹用于EV/HEV的IGBT模塊端子的超聲波焊接技術(shù)
[導(dǎo)讀]富士電機(jī)在6月14日舉行的“2012最尖端封裝技術(shù)研討會(huì)”的分會(huì)“EV與HEV時(shí)代功率電子的最新技術(shù)動(dòng)向”上發(fā)表演講，介紹了該公司的功率半導(dǎo)體封裝及IGBT模塊封裝。此次的研討會(huì)由日本電子封裝學(xué)會(huì)主辦，會(huì)場(chǎng)與JPCA Sho
富士電機(jī)在6月14日舉行的“2012最尖端封裝技術(shù)研討會(huì)”的分會(huì)“EV與HEV時(shí)代功率電子的最新技術(shù)動(dòng)向”上發(fā)表演講，介紹了該公司的功率半導(dǎo)體封裝及IGBT模塊封裝。此次的研討會(huì)由日本電子封裝學(xué)會(huì)主辦，會(huì)場(chǎng)與JPCA Show 2012（2012年6月13日～15日）一樣設(shè)在東京有明國(guó)際會(huì)展中心。
演講者為富士電機(jī)電子元件業(yè)務(wù)本部松本工廠技術(shù)統(tǒng)括部封裝技術(shù)部部長(zhǎng)菊地昌宏，演講題目為“功率元件封裝的最新情況與封裝技術(shù)的課題”。菊地首先介紹了該公司為車載功率半導(dǎo)體封裝提供的解決方案——高密度封裝與支持175℃高溫的封裝。
前者的具體實(shí)例是在控制IC上縱向安裝功率半導(dǎo)體的CoC（chip on chip）封裝，存在的課題是，如何減少兩個(gè)裸片之間的薄膜粘合劑的線性膨脹系數(shù)。關(guān)于后者，菊地介紹道，選擇分立封裝后，將支持溫度由原來(lái)的150℃提高到了175℃，但是，“因小型化存在界限，今后還是需要提高工作保證溫度以替代分立封裝”。
隨后，菊地將話題轉(zhuǎn)移到了用于EV/HEV的馬達(dá)控制等用途的IGBT模塊上。先介紹了富士電機(jī)的IGBT模塊歷史，然后將該公司的產(chǎn)品分成了四類，分別為以高電流密度為特點(diǎn)的“V-EP、PC系列”，以大電流、高耐壓及－55℃保證溫度為特點(diǎn)的“HPM”，以大電流、高電流密度為特點(diǎn)的“PrimePACK”，以及以高可靠性為特點(diǎn)的“HEV－PACK”。
而且，菊地還以其中的PrimePACK為例，介紹了此類產(chǎn)品使用的三項(xiàng)技術(shù)，包括（1）散熱管理設(shè)計(jì)，（2）超聲波端子焊接技術(shù)，（3）高可靠錫焊技術(shù)。（1）散熱管理設(shè)計(jì)方面，通過(guò)采用封裝的熱模擬技術(shù)，優(yōu)化了芯片布局及尺寸，從而在相同的ΔTjc條件下，成功實(shí)現(xiàn)了比原來(lái)高約10％的輸出功率（圖1）。
（2）超聲波端子焊接技術(shù)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）。菊地展示了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該技術(shù)與錫焊方式相比，不僅具備高熔點(diǎn)和高強(qiáng)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(huì)者對(duì)于采用該技術(shù)時(shí)需要的準(zhǔn)備工作提出了多個(gè)問(wèn)題，菊地回答：“不需要特別的準(zhǔn)備。我們公司一直是在普通無(wú)塵室內(nèi)接近真空的環(huán)境下制造，這種方法沒(méi)有問(wèn)題。”
最后，菊地介紹了（3）高可靠性錫焊技術(shù)。普通Sn-Ag焊接在300個(gè)溫度周期后強(qiáng)度會(huì)降低35％，而Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在相同周期之后強(qiáng)度不會(huì)降低。這些技術(shù)均“具備較高的高溫可靠性”（菊地）。[!--empirenews.page--]
圖1：使用模擬器的散熱管理設(shè)計(jì)的效果富士電機(jī)的幻燈資料。
圖2：利用超聲波直接焊接銅材料富士電機(jī)的幻燈資料。
圖3：超聲波焊接與錫焊的比較富士電機(jī)的幻燈資料。
演講者為富士電機(jī)電子元件業(yè)務(wù)本部松本工廠技術(shù)統(tǒng)括部封裝技術(shù)部部長(zhǎng)菊地昌宏，演講題目為“功率元件封裝的最新情況與封裝技術(shù)的課題”。菊地首先介紹了該公司為車載功率半導(dǎo)體封裝提供的解決方案——高密度封裝與支持175℃高溫的封裝。
前者的具體實(shí)例是在控制IC上縱向安裝功率半導(dǎo)體的CoC（chip on chip）封裝，存在的課題是，如何減少兩個(gè)裸片之間的薄膜粘合劑的線性膨脹系數(shù)。關(guān)于后者，菊地介紹道，選擇分立封裝后，將支持溫度由原來(lái)的150℃提高到了175℃，但是，“因小型化存在界限，今后還是需要提高工作保證溫度以替代分立封裝”。
隨后，菊地將話題轉(zhuǎn)移到了用于EV/HEV的馬達(dá)控制等用途的IGBT模塊上。先介紹了富士電機(jī)的IGBT模塊歷史，然后將該公司的產(chǎn)品分成了四類，分別為以高電流密度為特點(diǎn)的“V-EP、PC系列”，以大電流、高耐壓及－55℃保證溫度為特點(diǎn)的“HPM”，以大電流、高電流密度為特點(diǎn)的“PrimePACK”，以及以高可靠性為特點(diǎn)的“HEV－PACK”。
而且，菊地還以其中的PrimePACK為例，介紹了此類產(chǎn)品使用的三項(xiàng)技術(shù)，包括（1）散熱管理設(shè)計(jì)，（2）超聲波端子焊接技術(shù)，（3）高可靠錫焊技術(shù)。（1）散熱管理設(shè)計(jì)方面，通過(guò)采用封裝的熱模擬技術(shù)，優(yōu)化了芯片布局及尺寸，從而在相同的ΔTjc條件下，成功實(shí)現(xiàn)了比原來(lái)高約10％的輸出功率（圖1）。
（2）超聲波端子焊接技術(shù)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）。菊地展示了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該技術(shù)與錫焊方式相比，不僅具備高熔點(diǎn)和高強(qiáng)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(huì)者對(duì)于采用該技術(shù)時(shí)需要的準(zhǔn)備工作提出了多個(gè)問(wèn)題，菊地回答：“不需要特別的準(zhǔn)備。我們公司一直是在普通無(wú)塵室內(nèi)接近真空的環(huán)境下制造，這種方法沒(méi)有問(wèn)題。”
最后，菊地介紹了（3）高可靠性錫焊技術(shù)。普通Sn-Ag焊接在300個(gè)溫度周期后強(qiáng)度會(huì)降低35％，而Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在相同周期之后強(qiáng)度不會(huì)降低。這些技術(shù)均“具備較高的高溫可靠性”（菊地）。[!--empirenews.page--]
圖1：使用模擬器的散熱管理設(shè)計(jì)的效果富士電機(jī)的幻燈資料。
圖2：利用超聲波直接焊接銅材料富士電機(jī)的幻燈資料。
圖3：超聲波焊接與錫焊的比較富士電機(jī)的幻燈資料。
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