碳化硅功率器件封装关键技术与 碳化硅模块芯片封装清洗剂选择介绍

 在全球汽车电动化的浪潮下，汽车半导体领域的功率电子器件作为汽车电动化的核心部件，成为了车企和电机控制器Tire 1企业关注的热点。车用功率模块已从硅基IGBT为主的时代，开始逐步进入以碳化硅MOSFET为核心的发展阶段。

碳化硅功率器件封装关键技术

1. 降低杂散电感

碳化硅（SiC）器件的开关速度极快，开关过程中的dv/dt和di/dt均极高。传统封装杂散电感参数较大，在极高的di/dt下会产生更大的电压过冲以及振荡，引起器件电压应力、损耗的增加以及电磁干扰问题。因此，降低杂散电感是碳化硅功率器件封装的关键技术之一。

2. 高温工作时的封装可靠性

碳化硅器件的工作温度可达到300℃以上，而现有适用于硅器件的传统封装材料及结构一般工作在150℃以下。在更高温度时，传统封装材料的可靠性急剧下降，甚至无法正常运行。因此，提高封装材料和结构在高温下的可靠性是另一个关键技术。

3. 模块的多功能集成封装与高功率密度需求

多功能集成封装技术以及先进的散热技术在提升功率密度等方面起着关键作用。传统的模块封装使用的敷铜陶瓷板（direct bonded copper-DBC）限定了芯片只能在二维平面上布局，电流回路面积大，杂散电感参数大。为了提高功率密度，消除金属键合线连接是一种趋势。通过采用各种新型结构，降低模块回路寄生电感值，减小体积是推进电力电子走向高频、高效、高功率密度的保证。

碳化硅功率器件封装技术的发展

1. 单管翻转贴片封装

阿肯色大学团队借鉴BGA的封装技术，提出了一种单管的翻转贴片封装技术。相比于TO-247封装，体积减小了14倍，导通电阻减小了24%。

2. DBC+PCB混合封装

传统模块封装使用的敷铜陶瓷板（DBC）限定了芯片只能在二维平面上布局，电流回路面积大，杂散电感参数大。CPES、华中科技大学等团队将DBC工艺和PCB板相结合，利用金属键合线将芯片上表面的连接到PCB板，控制换流回路在PCB层间，大大减小了电流回路面积，进而减小了杂散电感参数，可将杂散电感可控制在5nH以下，体积相比于传统模块下降40%。

3. 芯片正面平面互连封装

除采用柔性PCB板取代金属键合线外，还可使用平面互连的连接方式来实现芯片正面的连接。平面直连的封装工艺通过消除金属键合线，将电流回路从DBC板平面布局拓展到芯片上下平面的层间布局，显著减小了回路面积，可实现低杂散电感参数，还拥有更出色的温度循环特性以及可靠性。

4. 双面散热封装技术

双面封装工艺由于可以双面散热、体积小，较多用于电动汽车内部IGBT的封装应用。该模块上下表面均采用DBC板进行焊接，所以可实现上下表面同时散热。

碳化硅功率器件的应用前景

随着新能源汽车渗透率不断提升，叠加800V高压平台的逐步实现，SiC器件市场将高速增长。根据Yole数据，2021-2027年，全球SiC功率器件市场规模将由10.9亿美元增长到62.97亿美元，CAGR为34%；其中新能源车用SiC市场规模将由6.85亿美元增长到49.86亿美元，CAGR为39.2%。新能源车（逆变器+OBC+DC/DC转换器）是SiC最大的下游应用，占比由62.8%增长到79.2%，市场份额持续提升。

 碳化硅模块芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用 水基清洗剂产品。

总结

碳化硅功率器件因其优越的电气性能和高温工作能力，正在成为电力电子领域的重要技术。通过降低杂散电感、提高高温工作时的封装可靠性以及实现多功能集成封装与高功率密度需求，碳化硅功率器件的封装技术将进一步推动其在新能源汽车和其他高压、高温应用领域的广泛应用。