一区二区三区三上|欧美在线视频五区|国产午夜无码在线观看视频|亚洲国产裸体网站|无码成年人影视|亚洲AV亚洲AV|成人开心激情五月|欧美性爱内射视频|超碰人人干人人上|一区二区无码三区亚洲人区久久精品

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

功率模塊雙面散熱介紹

向欣電子 ? 2023-09-26 08:11 ? 次閱讀
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

?IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管,特點是可以使用電壓控制、耐壓高、飽和壓降小、切換速度快、節(jié)能等。功率模塊是電動汽車逆變器的核心部件,其封裝技術對系統(tǒng)性能和可靠性有著至關重要的影響。


傳統(tǒng)的單面冷卻功率模塊一直是汽車應用中最常見的封裝結構之一。傳統(tǒng)的IGBT功率模塊主要由IGBT芯片,氧化鋁覆銅陶瓷基板,封裝互連材料,鍵合線,電連接端子等組成

48835cb2-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png

圖1傳統(tǒng)單面冷卻IGBT封裝結構

行業(yè)痛點——散熱問題

隨著功率電子器件正向高密度化,大功率,小型化發(fā)展,大規(guī)模運用電子器件給我們的生活帶來便利的同時,越來越高功率使得電子器件的散熱問題愈發(fā)嚴重。因此散熱是一項非常關鍵的技術,散熱性能的好壞直接影響著產(chǎn)品的性能和壽命。


1)在器件封裝中,由于封裝材料不同,其封裝材料的熱膨脹系數(shù)的差異,導致器件出現(xiàn)不同程度的形變和熱應力積累,最終導致如焊線脫離、焊料分層、塑封體開裂分層等失效問題;溫度的升高也會降低器件的性能,帶來電流的載荷能力和柵壓影響等問題。傳統(tǒng)單面散熱的功率芯片損耗產(chǎn)生的熱量通過絕緣基板、底板單方向傳導至散熱器。這種方式雖然能夠解決一定的散熱需求,但并不能解決一些大熱量的散熱需求。采用單面散熱方案,傳熱通道有限,熱阻較大,造成芯片與散熱面的溫差大,在長期使用過程中,芯片容易因溫度過高而燒毀。


2)在傳統(tǒng)的功率模塊封裝中,功率半導體器件的頂部僅用于電氣連接,而底部通常連接到DBC(直接鍵合銅)襯底,用于電氣連接和傳熱。由于易于使用和生產(chǎn)成本低,引線鍵合一直是功率模塊封裝中使用的互連方法。然而,這種非對稱封裝結構存在寄生電參數(shù)大、熱應力作用下模具彎曲等一系列缺陷。雖然引線鍵合在技術上有一些改進,包括使用Cu或Al帶狀線鍵合取代Al,但由于連接點處的熱應力較高,連接強度相對較低,引線鍵合仍然是電源模塊可靠性中最薄弱的環(huán)節(jié)。引鍵合方法也是寄生損耗的主要來源。更重要的是,線鍵的存在阻止了功率半導體器件頂部散熱的可能性。

雙面散熱——優(yōu)勢&發(fā)展


以擺脫作為互連方法的線鍵合,引入替代互連技術,功率半導體器件通過焊料或燒結直接連接到銅導體上,以便熱量可以通過功率半導體器件的兩側消散和傳遞。由于消除了線鍵,功率半導體器件頂部的附加路徑使兩條平行冷卻路徑成為可能,從而形成雙面冷卻功率模塊,近幾年對功率模塊雙面冷卻的研究也越來越多。和單面結構散熱結構相比,雙面冷卻結構在功率芯片的兩側均焊接有絕緣導熱基板,功率端子全部與絕緣導熱基板相連,絕緣導熱基板的外側安裝有散熱器。這種設計可以提供更好的傳熱,并大大降低有效溫度。理論上,雙面冷卻可使裝置與冷卻劑之間的Rth降低50%。


與單面冷卻電源模塊相比,雙面冷卻功率模塊的優(yōu)勢包括


1)改進的熱性能將減少功率模塊內(nèi)的溫度波動和熱應力。


2)消除線鍵也消除了傳統(tǒng)電源模塊封裝中的主要故障模式之一,因此,雙面冷卻模塊的功率循環(huán)能力和可靠性已被證明比單面冷卻模塊提高了一個數(shù)級,從而延長了使用壽命。


3)提高了電源模塊的電氣性能。雙面冷卻封裝需要平面電源封裝,從而使電流環(huán)路面積最小化。這減少了電寄生電感,優(yōu)化了更大的鍵合面積而導致的電阻降低,由于其較低的寄生電感和較高的封裝密度,無線鍵合配置是碳化硅器件的關鍵。

48e3ad56-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png

圖2雙面散熱IGBT封裝結構

雙面散熱技術現(xiàn)狀


1)日立雙面水冷散熱結構:

498737c8-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png

封裝結構:l芯片:由兩組功率元件串聯(lián)而成,采用二合一半橋封裝??紤]到針翅面積大概只有6cm×4cm,在每個組件內(nèi)留給IGBT和續(xù)流二極管的位置只有2cm×4cm,所以懷疑其在混動車型上的應用每個開關只包含一片IGBT和一片續(xù)流二極管,而在大功率純電動車型上每個開關包含2片并聯(lián)的IGBT和續(xù)流二極管。2組單元內(nèi)的IGBT同向放置。IGBT芯片來源可能是富士,也有可能是日立自己。
l電氣連接:為實現(xiàn)平面封裝,芯片兩側都采用常規(guī)的錫焊連接,并沒有采用最新的納米銀漿燒結工藝,因此后面應對碳化硅的高溫應用場景可能會有一定挑戰(zhàn)。只有IGBT柵極采用了鍵合工藝。
l銅引線框架:日立并沒采用常見的陶瓷基板,而是采用了上下兩側較厚的銅引線框架分別連接IGBT正反兩面的集電極和發(fā)射極,并引出端子。
l絕緣層:因為沒有使用陶瓷基板,日立采用了兩側絕緣層來實現(xiàn)電氣絕緣,分別貼在兩層銅引線框架外側。專利中表述這層絕緣層為摻雜有導熱填料的環(huán)氧樹脂,厚度約為120微米。另外日立強調(diào)沒有采用導熱硅脂或者熱界面材料(TIM)來減小界面熱阻,保證了較高的散熱性能。
l鋁金屬外殼:這個外殼兩側各有一塊帶針翅的區(qū)域,因此不需要導熱硅脂和額外的散熱基板的支持,即可直接將IGBT模塊放入水冷水道內(nèi)進行直接的雙面水冷散熱。鋁金屬外殼頂部同時還提供了冷卻流道密封結構和高壓和低壓端子接口。在鋁金屬內(nèi)側有一層大約50微米厚的陽極氧化層。這層陽極氧化層有助于和絕緣層相連,并且也是絕緣層,更加增強了封裝模塊的電絕緣性能。
l填充料:銅引線框架之間的空隙通過第一次轉印模具注塑密封成型;鋁金屬外殼內(nèi)的空隙通過第二次轉印模具注塑密封成型。
2)電裝雙面冷功率模塊


49d0d0e0-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png

封裝結構:
l芯片:包含IGBT和續(xù)流二極管。
l墊片:為了平衡IGBT和續(xù)流二極管的芯片高低差,IGBT和續(xù)流二極管上面各放有一片銅墊片。這個銅墊片在傳到電流的時候也為熱擴散提供了緩沖。能譜分析表明電裝在這里使用了純銅墊片,而不是通常熱膨脹系數(shù)和硅更為接近的銅鉬合金。
l電氣連接:為實現(xiàn)平面封裝,芯片兩側都采用常規(guī)的錫焊連接,但是IGBT柵極采用了鋁綁定線和鍵合工藝。
l銅基板:電裝并沒采用常見的陶瓷基板,而是采用了上下兩側較厚的銅基板分別連接IGBT正反兩面的集電極和發(fā)射極,并引出端子。對比陶瓷基板,銅基板無疑在熱傳導上具有較大的優(yōu)勢。
l填充料:銅基板之間的空隙通過轉印模具注塑密封成型。
l絕緣層:因為沒有使用陶瓷基板,所以這款功率模塊并不絕緣。因此在和散熱器組裝前,還需要在兩側兩層氮化硅絕緣層來實現(xiàn)電氣絕緣。
l導熱硅脂:為了減小絕緣層帶來的界面熱阻,每片絕緣層的兩側都涂上了導熱硅脂。在早期設計中,電裝使用了多達24片,12層功率模塊,為了保證壓力均勻分布可以想象導熱硅脂的設計厚度不會薄。對于每個功率模塊,外側4層這么厚的導熱硅脂實際上在一定程度上抵消了雙面冷的帶來的低熱阻優(yōu)勢。
3)Viper雙面水冷散熱:

49eafaa6-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png


封裝結構:
l芯片:每個模塊只包含一組功率元件,包括一片IGBT和一片續(xù)流二極管,相當于一合一封裝。
l電氣連接:為實現(xiàn)平面封裝,芯片兩側都采用常規(guī)的錫焊連接,包括柵極連接,沒有使用任何的綁定線,因此對模塊整體的可靠性有較大提升。
l陶瓷基板:德爾福使用了相對少見的鋁基氮化鋁陶瓷基板。上層基板三層厚度為外層鋁 200微米,中間氮化鋁700微米,內(nèi)層鋁350微米;下層基板三層厚度為外層鋁 200微米,中間氮化鋁700微米,內(nèi)層鋁270微米。
l填充料:鋁基氮化鋁陶瓷基板之間的空隙通過轉印模具注塑密封成型。
l導熱硅脂:因為這款模塊為間接水冷,因此需要模塊兩側和散熱器之間使用導熱硅脂來減少界面熱阻。4)雙面水冷散熱結構:

49fe197e-5c01-11ee-9788-92fbcf53809c.png


封裝結構:
l芯片:包含兩組功率元件,每組包括一片IGBT和一片續(xù)流二極管,相當于二合一半橋封裝。兩組功率元件同向放置。
l墊片:為了平衡IGBT和續(xù)流二極管的芯片高低差,IGBT和續(xù)流二極管上面各放有一片墊片。這個墊片在傳導電流的時候也為熱擴散提供了緩沖。墊片材質并沒有選用常見的銅鉬合金,而是采用的鋁碳化硅,適度犧牲導熱性但是更多兼顧了熱膨脹系數(shù)。
l電氣連接:為實現(xiàn)平面封裝,芯片兩側及墊片上側都采用常規(guī)的錫焊連接,而且IGBT柵極采用了鋁綁定線和鍵合工藝,并沒有使用最新的納米銀燒結工藝。
l銅基板:采用常見的銅基氧化鋁陶瓷基板,性價比至上,而且相比電裝的雙面冷卻封裝,銅基氧化鋁陶瓷基板自帶絕緣功能,使得模塊自身絕緣,也取消了絕緣層的需要。
l填充料:銅基氧化鋁陶瓷基板之間的空隙通過轉印模具注塑密封成型。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 模塊
    +關注

    關注

    7

    文章

    2788

    瀏覽量

    50427
  • 功率
    +關注

    關注

    14

    文章

    2100

    瀏覽量

    71739
  • 晶體管
    +關注

    關注

    77

    文章

    10020

    瀏覽量

    141751
收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

    評論

    相關推薦
    熱點推薦

    功率IGBT模塊你了解多少?結構特性是什么?主要應用在哪里?

    一、核心定義與結構特性 大功率IGBT模塊是以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為核心,集成續(xù)流二極管(FWD)的復合功率器件,通過多層封裝技術實現(xiàn)高電壓、大電流承載能力35。其典型結構包含: ? 芯片
    的頭像 發(fā)表于 05-22 13:49 ?340次閱讀
    大<b class='flag-5'>功率</b>IGBT<b class='flag-5'>模塊</b>你了解多少?結構特性是什么?主要應用在哪里?

    PWD13F60功率模塊在應用時是否需要加額外的散熱器?

    PWD13F60功率模塊在應用時是否需要加額外的散熱器?
    發(fā)表于 03-14 08:24

    新潔能車規(guī)級PDFN 5x6雙面散熱功率器件介紹

    在汽車電子行業(yè)飛速發(fā)展的今天,提升可靠性、效率和散熱性能成為了功率器件設計的重要方向。車規(guī)級 PDFN5*6 雙面散熱產(chǎn)品,以其優(yōu)異的散熱
    的頭像 發(fā)表于 02-12 09:19 ?2050次閱讀
    新潔能車規(guī)級PDFN 5x6<b class='flag-5'>雙面</b><b class='flag-5'>散熱</b><b class='flag-5'>功率</b>器件<b class='flag-5'>介紹</b>

    電源模塊散熱技術解析

    電源模塊作為電子設備中的核心組件,其性能和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的運行至關重要。然而,電源模塊在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量,如果不能有效地散熱,會導致溫度升高,從而影響模塊的性能和壽命。因此
    的頭像 發(fā)表于 02-03 14:25 ?771次閱讀

    碳化硅功率器件的散熱方法

    產(chǎn)生大量熱量,如果散熱不良,會導致器件性能下降甚至失效。因此,高效的散熱方法對于確保碳化硅功率器件的穩(wěn)定運行至關重要。本文將詳細介紹碳化硅功率
    的頭像 發(fā)表于 02-03 14:22 ?588次閱讀

    雙面散熱IGBT功率器件 | DOH 封裝工藝

    IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管,特點是可以使用電壓控制、耐壓高、飽和壓降小、切換速度快、節(jié)能等。功率模塊是電動汽車逆變器的核心部件,其封裝技術對系統(tǒng)性能和可靠性有著至關重要的影響。傳統(tǒng)的單面冷卻
    的頭像 發(fā)表于 01-11 06:32 ?1329次閱讀
    <b class='flag-5'>雙面</b><b class='flag-5'>散熱</b>IGBT<b class='flag-5'>功率</b>器件 | DOH 封裝工藝

    半磚模塊電源的散熱設計

    廣泛應用于航空航天、通信電源、汽車電子、電子儀器、電力控制等領域。這些模塊電源一般要求工作電源范圍較寬(3 6 V ~7 5 V),輸出功率大(全磚模塊電源可達700W ),功率密度非
    的頭像 發(fā)表于 01-08 11:52 ?1009次閱讀
    半磚<b class='flag-5'>模塊</b>電源的<b class='flag-5'>散熱</b>設計

    芯動能第100萬只車規(guī)級電驅雙面散熱塑封模塊成功下線

    日前,常州芯動能半導體有限公司(以下簡稱“芯動能”)產(chǎn)線第100萬只車規(guī)級電驅雙面散熱塑封模塊成功下線!成為國內(nèi)第二家大批量生產(chǎn)車規(guī)級雙面散熱
    的頭像 發(fā)表于 12-29 13:50 ?605次閱讀

    DOH新材料工藝封裝技術解決功率器件散熱問題

    DOH:DirectonHeatsink,熱沉。助力提升TEC、MOSFET、IPM、IGBT等功率器件性能提升,解決孔洞和裂紋問題提升產(chǎn)品良率及使用壽命。為綜合評估SiC功率模塊的液冷冷板
    的頭像 發(fā)表于 12-24 06:41 ?810次閱讀
    DOH新材料工藝封裝技術解決<b class='flag-5'>功率</b>器件<b class='flag-5'>散熱</b>問題

    功率模塊封裝工藝

    封與雙面散熱模塊 1 常見功率模塊分類 一、智能功率模塊
    的頭像 發(fā)表于 12-06 10:12 ?1989次閱讀
    <b class='flag-5'>功率</b><b class='flag-5'>模塊</b>封裝工藝

    功率器件熱設計基礎(三)——功率半導體殼溫和散熱器溫度定義和測試方法

    文章會聯(lián)系實際,比較系統(tǒng)地講解熱設計基礎知識,相關標準和工程測量方法。功率半導體模塊殼溫和散熱器溫度功率模塊
    的頭像 發(fā)表于 11-05 08:02 ?1869次閱讀
    <b class='flag-5'>功率</b>器件熱設計基礎(三)——<b class='flag-5'>功率</b>半導體殼溫和<b class='flag-5'>散熱</b>器溫度定義和測試方法

    衛(wèi)星箱功率降到20W+20W,可否用TPA3118D2用雙面散熱?

    問60W的功率散熱會不會有問題? 另外,如果衛(wèi)星箱功率降到20W+20W,可否用TPA3118D2用雙面散熱
    發(fā)表于 10-30 08:10

    功率晶閘管模塊的熱管理與散熱解決方案

    功率晶閘管模塊的熱管理與散熱解決方案是確保電力電子設備穩(wěn)定運行和延長使用壽命的關鍵技術之一。以下將從散熱原理、傳統(tǒng)散熱方式、現(xiàn)代高效
    的頭像 發(fā)表于 08-27 11:07 ?1757次閱讀

    igbt模塊散熱方法有幾種

    IGBT(絕緣柵雙極晶體管)模塊是一種廣泛應用于電力電子領域的功率半導體器件,具有高電壓、大電流、高頻率等特點。然而,IGBT模塊在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量,如果散熱不良,會導致器件
    的頭像 發(fā)表于 08-07 17:15 ?2039次閱讀

    影響IGBT功率模塊散熱的因素

    IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)功率模塊作為電力電子系統(tǒng)中的核心部件,其散熱問題直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和效率。以下是對IGBT功率模塊
    的頭像 發(fā)表于 07-26 17:24 ?1918次閱讀