功率电子成熟封装技术

一、功率电子封装技术的发展历程

功率电子封装技术的发展经历了多个阶段。早期，最原始的封装形式为引线封装，如DIP（双列直插封装）和TO（金属外壳封装）等。随着技术进步，进入1980年代，表面贴装技术（SMT）推动封装技术向更小型、更高集成度发展，出现了SOIC、QFP、BGA等封装形式。21世纪以来，3D封装技术如TSV和FO-WLP，以及系统级封装（SiP）技术得到广泛应用。在功率器件封装领域，传统的封装技术采用铅或无铅焊接合金把器件的一个端面贴合在热沉衬底上，另外的端面与铝线或金线键合。但这种方法在大功率、高温工作条件下缺乏可靠性和坚固性。近年来，封装技术朝着小体积、3D封装和模块化方向发展，以满足高电压、大电流和紧凑化的需求。

二、成熟的功率电子封装技术特点

成熟的功率电子封装技术具有以下特点：

·         高封装效率：芯片面积与封装面积之比尽量接近1:1，以提高封装效率。

·         短引脚与远引脚间距：引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能。

·         良好的散热性能：基于散热的要求，封装越薄越好。

·         多样化的封装材料：从材料介质方面，包括金属、陶瓷、塑料等。在高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。

·         先进的连接技术：连接技术从键合引线向带状、铜柱、引线框架和电镀通孔等方向发展，通过去除引线、增大连接面积来提高导热和导电性能。

·         高性能的芯片粘接材料：芯片粘接材料从传统锡焊向金基高温钎焊、瞬态液相连接、烧结银和烧结铜等方向发展，大幅提高导热和导电性能，满足高温可靠应用需求。

·         优化的基板设计：基板向着增厚陶瓷基板的金属导电导热层发展，从而提高散热效率。

三、功率电子成熟封装技术的应用案例

以下是一些功率电子成熟封装技术的应用案例：

·         大功率LED照明：在大功率LED封装中，通过优化封装材料的折射率、减少光学界面数等方式提高出光效率。例如，以蓝光芯片/**YAG荧光粉的白光LED组件为例，提升封装材料的折射率可有效提高光取出效率。此外，太阳能LED路灯作为一种独立、节能、环保的照明设备，也采用了功率电子封装技术。

·         英飞凌的顶部散热封装技术：英飞凌的QDPAK和DDPAK顶部散热（TSC）封装技术，解决了传统插件封装的局限，如人工成本高、工艺复杂、无法实现功率最大化和空间占用面积大等问题。通过采用顶部散热方式，优化了生产工艺，降低了成本，提高了散热效率和功率密度。

四、功率电子成熟封装技术的优势与不足

功率电子成熟封装技术具有以下优势：

·         提高散热效率：能够有效地将芯片产生的热量散发出去，降低芯片结温，减缓失效，提高器件的可靠性和使用寿命。

·         降低寄生电感：减少电磁干扰，提高开关性能，降低功率损耗。

·         增大集成度：可以集成多种芯片和器件，如门极驱动电路、去耦电容、散热器等，进一步提高功率集成密度，缩小封装体积。

·         易于批量生产：如二次注塑封装结构，利于模块化批量生产。

然而，功率电子成熟封装技术也存在一些不足：

·         耐高温、耐高压性能有限：传统封装技术在高温、高压环境下的性能表现不佳。

·         电磁兼容问题突出：可能会对周围电子设备产生干扰。

·         封装工艺复杂：如双面连接结构，具有更多层材料，加大了封装工艺的复杂性。

·         热失配导致可靠性降低：各层材料的热膨胀系数不同，热失配会产生更大的热-机械应力，降低了连接层可靠性。

五、最新的功率电子封装技术趋势对成熟技术的影响

最新的功率电子封装技术趋势对成熟技术产生了多方面的影响：

·         市场规模变化：先进封装市场规模有望在2027年达到650亿美元，这将促使成熟技术不断改进以适应市场竞争。

·         技术创新推动：如台积电、英特尔、三星等芯片制造巨头成为先进封装领域的关键创新者，推动了封装技术的发展，对成熟技术提出了更高的性能要求。

·         材料和工艺改进：为了满足高温操作等特殊需求，新材料如聚对二甲苯兴起，标准的引线键合技术也在演变。

·         应用需求驱动：电动汽车和混合动力汽车的增长等应用需求的变化，促使成熟封装技术不断改进以满足尺寸、成本、大批量生产和自动装配能力等方面的要求。

·         供应链整合：供应链向垂直整合方向发展，这可能影响成熟技术在产业链中的地位和发展策略。

功率器件封装清洗剂选择：

·         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。