车载IGBT器件的SiP封装可靠性分析

摘要

汽车电子器件的可靠性对汽车的安全性极其重要。车载绝缘栅双极晶体管(IGBT)给汽车电子半导体厂家带来的首要挑战是热问题,其次是乘客无法察觉的高频振动对机械或电气连接的影响,而这些主要取决于器件的封装质量。因此,对车载IGBT器件的系统级封装(SIP)及其可靠性的研究在汽车电子封装领域具有重要的意义。
　　 通过对车载IGBT器件的SiP封装工艺研究,找出影响器件质量的关键因素是铝线键合强度和焊料层中空洞尺寸。通过对焊点形状和横截面的研究与优化,10mils铝线拉力和焊点剪切力平均值分别为4.35N和8.72N,过程能力指数(Cpk)高达3.67和3.75,满足车载IGBT器件SiP封装的可靠性要求。利用三维有限元模拟方法对封装结构的热阻模型和温度分布进行模拟,在装片焊料层中空洞体积增加时,热阻会急剧增大而降低车载IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10％时比没有空洞时高出28.6℃。同时基于工程样品的试验分析,研究SiP封装的车载IGBT器件在经过功率循环后空洞对性能的影响,确立了空洞体积单个小于2%,总数小于5%的焊料装片工艺标准,以此提高车载IGBT封装的可靠性。
　　 本课题的研究对提高车载IGBT器件的长期可靠性具有重要的理论意义和实用价值。同时,所研究的通过严格控制铝线键合和焊料装片的质量来提高IGBT器件SiP封装可靠性的方法对有长期可靠性要求的大功率器件的封装具有很好的实践指导意义。