一、车规级模块封装的基本原理

车规级模块封装是将汽车电子模块中的芯片及其他元件进行保护、连接并实现特定功能的技术过程。

（一）功能需求导向的封装原理 在汽车环境中，电子模块面临诸多特殊要求。例如，汽车的动力系统、安全系统、信息娱乐系统等不同功能模块，其电子元件的工作环境差异很大。以发动机舱内的电子模块为例，由于靠近热源，需要承受高温，并且在汽车行驶过程中还会遭受持续的震动。因此，车规级模块封装要能确保内部芯片和元件在这样恶劣的环境下正常工作。这就要求封装不仅起到物理保护作用，防止芯片受到灰尘、湿气等外界因素的损害，还要能在电学性能上满足要求，如保持信号的稳定传输，避免电磁干扰等问题。

（二）可靠性为核心的封装考量 车规级模块封装的可靠性至关重要。汽车的设计寿命通常较长，一般为15 - 20年或更长时间，行驶里程也很高。这就意味着封装后的模块需要在整个汽车使用寿命周期内保持稳定。例如，汽车中的功率半导体模块，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块，在车辆的动力控制方面起着关键作用。如果封装出现问题，可能导致模块失效，进而影响汽车的动力性能甚至安全性。所以，封装必须要能应对长期的温度循环、震动、湿度变化等情况，确保内部芯片的电气连接始终可靠，并且封装材料自身不会因为这些因素而出现老化、变形或损坏等情况。

（三）与汽车电子系统的协同原理 车规级模块封装还要与汽车的整个电子系统相协同。现代汽车的电子系统越来越复杂，不同模块之间需要进行高速、准确的数据传输和交互。封装后的模块需要符合汽车电子系统的通信协议和电气标准。例如，在汽车的自动驾驶系统中，传感器模块、计算模块和执行模块之间需要实时传递大量的数据，封装技术要保证这些模块之间的连接接口能够满足高速数据传输的要求，并且在电磁兼容性方面符合汽车电子系统的规范，防止模块之间的电磁干扰影响整个系统的正常运行。

二、车规级模块封装的常见材料

车规级模块封装使用多种材料，每种材料都有其独特的性能，以适应汽车复杂的工作环境。

（一）环氧树脂（Epoxy Resins）

1. 优异的机械性能

• 环氧树脂具有良好的硬度和韧性，能够为芯片和其他元件提供足够的机械保护。在汽车行驶过程中，不可避免地会遇到震动、冲击等情况，例如在颠簸的路面行驶或者发生轻微碰撞时，环氧树脂能够防止芯片受到外力的破坏。

• 它可以填充芯片与基板之间的空隙，增强整个封装结构的稳定性。例如在功率模块封装中，能够固定芯片的位置，确保在长期使用过程中芯片不会发生位移，从而保证电气连接的稳定性。

2. 热稳定性高

• 汽车发动机舱等部位温度较高，环氧树脂能够在高温环境下保持性能稳定。例如，在发动机附近的电子控制模块封装中，它可以承受高达一定温度范围（如 - 40℃至150℃）的温度变化，不会因为高温而软化、变形或者失去对芯片的保护作用。这使得芯片在高温环境下也能正常工作，不会因为过热而出现性能下降或者失效的情况。

• 
  

（二）硅橡胶（Silicone Rubbers）

1. 卓越的耐热性

• 硅橡胶可以在高温环境下长时间工作，其耐热性能优于许多其他橡胶材料。在汽车发动机、排气管等高温部件附近的电子模块封装中，硅橡胶能够承受极端的高温。例如，在涡轮增压发动机附近的传感器封装中，即使周围温度超过150℃，硅橡胶仍然能够保持其密封和保护性能，防止传感器受到高温的影响。

2. 良好的柔韧性

• 汽车在行驶过程中会产生震动和变形，硅橡胶的柔韧性使其能够适应这种情况。它可以作为缓冲材料，减少外部震动对芯片的影响。例如，在汽车悬挂系统中的电子控制模块封装中，硅橡胶能够吸收来自路面震动的能量，保护内部芯片免受震动的损害，同时其柔韧性也有助于在模块安装过程中更好地贴合不同形状的部件。

（三）聚酰亚胺（Polyimides）

1. 出色的热稳定性

• 聚酰亚胺在高温下具有优异的稳定性，能够承受汽车中高温环境的考验。例如，在汽车的制动系统中的电子控制模块封装中，制动时会产生大量的热量，聚酰亚胺可以确保在这种高温环境下封装结构的完整性，保障芯片正常工作。

2. 优秀的电性能

• 它具有低损耗、低介电常数和高电导率的特点。在汽车的高速数据传输电路模块封装中，如车载以太网模块，聚酰亚胺能够减少信号传输过程中的损耗，提高信号传输的速度和质量，保证汽车电子系统之间的高速通信正常进行。

（四）陶瓷材料（Ceramic Materials）

1. 高导热性

• 陶瓷材料如氧化铝（Alumina）和氮化铝（Aluminum Nitride）等具有较高的热导率。在汽车功率模块封装中，例如IGBT模块，芯片在工作时会产生大量的热量，陶瓷材料能够快速将热量传导出去，降低芯片的工作温度，提高模块的可靠性和性能。例如，氮化铝陶瓷的热导率比一些传统的封装材料高很多，能够有效解决功率模块的散热问题。

2. 良好的机械强度

• 陶瓷材料可以为芯片提供坚固的支撑。在汽车受到震动、冲击或者在恶劣路况行驶时，陶瓷封装能够保护芯片免受机械应力的破坏。例如，在汽车的高级辅助驾驶系统中的雷达模块封装中，陶瓷材料能够保证雷达芯片在复杂的汽车行驶环境下稳定工作，不会因为外部的机械作用而损坏。

三、车规级模块封装的工艺流程

车规级模块封装工艺流程包含多个步骤，每个步骤都对最终封装产品的质量和性能有着重要影响。

（一）芯片切割

1. 前期准备

• 首先要在芯片背面贴上蓝膜，然后将其置于铁环之上。这个蓝膜起到保护芯片的作用，防止在后续的切割过程中芯片表面被划伤或者受到污染。铁环则是作为芯片切割时的支撑结构，确保芯片在切割过程中位置稳定。例如，在晶圆级的芯片切割中，这一准备工作是确保切割精度的基础。

2. 切割操作

• 使用芯片切割机将晶圆上的芯片切割分离成单个晶粒。这一过程需要使用超薄的钻石锯片，以确保切割的精度和质量。切割的精度对于后续的封装过程非常重要，因为如果芯片切割尺寸不准确或者芯片边缘有破损，可能会导致在晶粒粘贴、焊线等后续步骤中出现问题，如芯片无法准确粘贴到指定位置或者焊线连接不良等情况。而且，切割过程中的切割速度、切割力度等参数都需要精确控制，不同类型的芯片可能需要不同的切割参数设置。

（二）晶粒粘贴

1. 选择晶粒座

• 将晶粒粘贴在预先设有延伸IC晶粒电路延伸脚的导线架（也叫晶粒座）上。导线架的选择要根据芯片的类型、功能和封装要求来确定。例如，对于功率较大的芯片，需要选择能够承受较大电流、具有较好散热性能的导线架；对于信号传输要求高的芯片，则需要选择信号传输损耗小的导线架。

2. 粘贴固定

• 使用银胶对晶粒进行黏着固定。银胶具有良好的导电性和粘结性，能够确保晶粒与导线架之间的电气连接和机械固定。在粘贴过程中，银胶的涂抹量、涂抹均匀性以及粘贴时的压力等因素都会影响晶粒粘贴的质量。如果银胶涂抹不均匀，可能会导致部分区域粘结不牢固，在后续的封装或者使用过程中晶粒可能会脱落；如果粘贴压力过大，可能会损坏芯片或者导致银胶溢出，影响封装的整体质量。

（三）焊线

1. 焊点准备

• 确定晶粒上的接点为第一个焊点，内部引脚上的接点为第二焊点。先把金线（也可能是铝线或铜线）的端点烧成小球，这个小球形状的端点有助于更好地与焊点接触并形成可靠的连接。例如，在金线键合过程中，金球的大小和形状需要精确控制，以确保与焊点的良好接触。

2. 连接操作

• 将烧成小球的金线压焊在第一焊点上，然后将其连接到导线架上的引脚（第二焊点），从而将IC晶粒的电路讯号传输到外界。在焊线过程中，焊线的长度、弧度以及焊接的力度等参数都非常关键。例如，焊线过长可能会导致信号传输延迟增加，焊线弧度不合理可能会在后续的封装过程中受到挤压而导致断裂，焊接力度过大可能会损坏焊点或者芯片，力度过小则可能导致焊接不牢固。

（四）封胶

1. 框架预热

• 在封胶之前，需要先将导线架预热。预热的目的是为了使导线架与封胶材料更好地结合，提高封胶的效果。例如，预热可以去除导线架表面的湿气和杂质，并且使导线架的温度与封胶材料的温度相近，防止在封胶过程中因为温度差异而产生应力，导致封装结构出现裂缝或者变形。

2. 封胶成型

• 将预热后的框架置于压铸机上的封装模具上，再以半溶化后的树脂挤入模中。树脂硬化后便可开模取出成品。封胶材料的选择要根据封装的要求，如耐温性、密封性等。在封胶过程中，要确保树脂能够均匀地填充模具，避免出现气泡或者空隙。如果存在气泡或者空隙，可能会影响封装的密封性和机械强度，在汽车复杂的工作环境下，可能会导致水分、灰尘等进入封装内部，损坏芯片或者影响电气性能。

（五）切脚成型

1. 残胶去除与电镀

• 封胶之后，首先要将导线架上多余的残胶去除。残胶如果不去除，可能会影响后续的加工和电气性能。然后对引脚进行电镀，电镀的目的是增加外引脚的导电性及抗氧化性。例如，通过电镀一层金属（如金、银等），可以提高引脚的导电性，减少信号传输损耗，并且防止引脚在空气中氧化，提高引脚的使用寿命。

2. 切脚操作

• 进行切脚成型，将引脚切割成符合要求的形状和长度。切脚的精度对于模块的安装和使用非常重要，例如，如果引脚长度不一致，可能会导致在将模块安装到电路板上时出现焊接困难或者接触不良的情况。切脚成型之后，一个芯片的封装过程基本就完成了，但后续还需要进行一些处理，如去胶、去纬、去框等操作，最后再进行测试检验，确保芯片没有问题后才能正常工作。

四、车规级模块封装的技术难点及解决方案

车规级模块封装面临着诸多技术难点，不过也有相应的解决方案来确保封装的质量和可靠性。

（一）技术难点

1. 环境适应性要求高

• 汽车工作环境复杂多变，温度范围宽（从 - 40℃到150℃甚至更宽），湿度变化大，还会遭受震动、冲击以及各种化学物质（如燃油、冷却液、盐雾等）的侵蚀。例如，在汽车的底盘部分的电子模块，可能会接触到道路上的积水、盐分等，而发动机舱内的模块则要承受高温和燃油蒸汽等的影响。这就要求封装材料和结构能够在这样的环境下长期保持稳定，避免因为环境因素导致封装失效，进而影响芯片和整个模块的性能。

2. 可靠性要求严格

• 汽车的设计寿命较长，一般为15 - 20年或更长，并且要保证在整个使用寿命期间模块的可靠性。对于一些关键的汽车电子模块，如安全气囊控制模块、发动机控制模块等，任何封装的可靠性问题都可能导致严重的安全事故。例如，在长期的温度循环和震动下，封装的电气连接可能会出现松动、断裂等情况，或者封装材料可能会出现老化、开裂等问题。

3. 小型化与高集成度挑战

• 随着汽车电子技术的发展，越来越多的功能被集成到更小的空间内。这就要求封装在实现小型化的同时，还要保证高集成度下的散热、电气性能等。例如，在自动驾驶汽车的传感器融合模块中，需要将多个传感器芯片以及相关的处理芯片集成在一个很小的封装空间内，如何在有限的空间内实现良好的散热和信号传输是一个很大的挑战。

（二）解决方案

1. 材料创新与优化

• 研发新型的封装材料，如具有更高耐温性、更好化学稳定性和更强机械性能的材料。例如，开发新型的耐高温环氧树脂或者改进硅橡胶的性能，使其能够更好地适应汽车的恶劣环境。同时，优化材料的组合，通过不同材料的合理搭配来提高封装的整体性能。比如在散热要求高的功率模块封装中，采用陶瓷材料与金属材料的组合，利用陶瓷的高导热性和金属的良好散热性来解决散热问题。

2. 先进的封装技术应用

• 采用倒装芯片（Flip - Chip）技术，这种技术将芯片的电气面朝下放置，相比于传统的金属线键合技术，具有更小的外形尺寸和更高的密度。在汽车的一些高性能计算模块封装中，倒装芯片技术可以提高芯片的集成度，并且通过焊球阵列与基板进行电气连接，能够提高信号传输速度和可靠性。另外，密封材料和填充工艺的改进也很重要，使用密封材料填充芯片与基板之间的空隙，既能提高封装的机械强度，又能减少应力集中和提高散热效率。例如，在一些对环境密封性要求高的传感器模块封装中，采用特殊的密封材料填充可以防止水分和灰尘的侵入。

3. 严格的测试与质量控制

• 建立严格的测试流程，包括对封装材料的性能测试、封装过程中的中间产品测试以及封装完成后的成品测试。例如，在封装材料测试中，要对材料的耐温性、耐湿性、化学稳定性等进行全面测试；在中间产品测试中，对芯片粘贴、焊线等工序后的产品进行电气性能测试和外观检查；在成品测试中，对封装后的模块进行功能测试、可靠性测试（如温度循环测试、震动测试等）。通过严格的质量控制，确保封装产品符合车规级的要求，保证在汽车中的可靠使用。

五、最新的车规级模块封装技术发展趋势

车规级模块封装技术在不断发展，以适应汽车行业日益增长的需求。

（一）更高的集成度与小型化

1. 系统级封装（System - in - Package，SiP）的发展

• 系统级封装可以在单一封装内集成多个功能模块，这对于汽车电子系统来说具有很大的优势。例如，在汽车的智能驾驶辅助系统中，可以将摄像头模块、雷达模块、计算处理模块等集成在一个SiP封装内。这样不仅可以减小整个系统的体积，还能够提高信号传输速度和系统的可靠性。随着汽车电子化和智能化程度的不断提高，更多的功能需要集成到有限的空间内，SiP封装技术将得到更广泛的应用。通过将不同功能的芯片和元件集成在一起，减少了模块之间的连接线路，降低了信号传输的延迟和电磁干扰的风险，提高了整个汽车电子系统的性能。

2. 3D封装技术的兴起

• 3D封装通过垂直堆叠多个芯片，大大提高了集成度，进一步减小封装体积。在汽车的高性能计算模块中，如自动驾驶的决策处理单元，3D封装可以将多个处理芯片垂直堆叠，实现更强大的计算能力。这种封装方式能够在不增加封装平面面积的情况下增加芯片的集成数量，提高了单位体积内的功能密度。同时，3D封装技术还可以优化散热路径，提高散热效率，对于解决高集成度下的散热问题有一定的帮助。

（二）散热技术的改进

1. 新型散热材料的应用

• 随着汽车功率模块的功率密度不断提高，散热问题变得更加关键。高导热陶瓷材料（如氮化硅陶瓷）的应用逐渐增多。氮化硅陶瓷具有更高的热导率和更好的机械性能，相比传统的氧化铝陶瓷，能够更有效地将热量从芯片传导出去。例如，在汽车的电动驱动系统中的IGBT模块封装中，采用氮化硅陶瓷作为散热基板，可以显著提高模块的散热性能，降低芯片的工作温度，从而提高模块的可靠性和使用寿命。

2. 先进的散热结构设计

• 双面水冷封装技术得到进一步发展。这种技术一方面提升了散热效率，另一方面夹心式的散热系统设计易于拓展。例如，在一些高性能电动汽车的主逆变器功率模块封装中，采用双面水冷封装可以有效地将模块工作时产生的大量热量散发出去，防止芯片因为过热而出现性能下降或者失效的情况。同时，与单面水冷技术相比，双面水冷技术能够更均匀地散热，减少了因为温度不均匀而产生的热应力对封装结构和芯片的影响。

（三）满足新能源汽车特殊需求

1. 高压绝缘与安全性能提升

• 新能源汽车的高压系统对封装的高压绝缘性能提出了更高的要求。在电池管理系统、电机驱动系统等涉及高压的模块封装中，需要采用具有更高绝缘性能的

IGBT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。