IGBT功率模块互连技术中常用的引线键合技术材料介绍

IGBT芯片与芯片的电极端子间，IGBT芯片电极端子与二极管芯片间，芯片电极端子与绝缘衬板间一般通过引线键合技术进行电气连接。通过键合线使芯片间构成互连，形成回路。引线键合是IGBT功率器件内部实现电气互连的主要方式之一。随着制造工艺的快速发展，许多金属键合线被广泛的应用到IGBT功率模块互连技术中。目前，常用的键合线有铝线、金线、银线、铜线、铝带、铜片和铝包铜线等。表1是引线键合技术中常用材料的性能。

表1 引线键合工艺中常用键合线的材料属性

图1  粗铝线键合实物图

图2 铝带键合实物图

2. 铜线键合

由表1可知，铜线比铝线的电阻率低，导电性能好，热导率比铝线高，散热性能好。现在功率模块大多追求小体积、高功率密度和快散热，铜线键合技术得到了广泛的应用。图3所示为铜线键合实物和铜带键合实物。

图3 铜材料键合实物图

铜线的通流能力强，直径400um的铜线可以承受直流约32.5A的电流，比铝线的载流能力提高了71%。铜线键合技术的缺点也十分明显。由于芯片表面多为铝合金，铜线在键合前需要在芯片表面进行电银或者沉积，不但增加了成本，而且增加了在生产过程中复杂程度。铜材料的热膨胀系数较大，与芯片不匹配，在功率循环工作条件下，产生的热应力累积，容易使键合引线脱落或芯片表面产生裂痕。

3. 铝包铜线键合

图4 铝包铜线键合线 

4. 金线键合

线键合技术主要应用在集成度较高的IC芯片封装中，金线的热导率较高，散热效果好，电阻率比铝线低，导电性强。金线的膨胀系数为14.2×10-6K-1，为所有常用键合金属材料中最低的，与硅芯片的匹配性较其他键合材料要好。但由于其价格过于昂贵，限制了其在半导体封装中的广泛应用。金线键合实物如图5所示。

图6 银线键合实物图

综上所述，不同材料的键合引线，其主要应用领域不同，均有一定程度的优缺点。线键合会有较大的寄生电感，多跟线键合时会有邻近效应和电流分配不均等问题。带键合虽然可有效地避免上述问题，但工艺难度增加，相应的增加制造成本。另外由于键合材料热膨胀系数不匹配引起的热应力积累，最终会影响功率器件的可靠性问题。因此在选择键合引线时需要综合考虑工艺、功率器件可靠性和成本等方面。

IGBT功率器件清洗

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