双列直插型低功耗智能功率模块封装工艺缺陷分析与改善

摘要

随着智能功率模块的飞速发展,家电、工业系统和汽车电子领域对双列直插型低功耗智能功率模块的应用越来越普及,提高产品工艺稳定性、良品率和可靠性成为当务之急。为改善封装过程中对产品质量和可靠性影响最大芯片焊接空洞和塑封不完整缺陷,本文分析了缺陷产生的机理,利用正交实验设计法找到了主要影响因素,得到了优化后的工艺参数并提出了改善措施。研究表明,芯片焊接空洞缺陷是造成芯片裂纹的主要原因,而空洞的产生是焊接过程中残留气体未能充分排出所造成。优化回流焊接各温区的温度有助于排出残留气体以减少空洞缺陷的产生;塑封不完整缺陷是导致模块失效的另一主要原因,造成缺陷的原因是塑封胶在充胶过程中流动性较差。优化工艺参数可使塑封胶在充胶过程中的流动性达到最优从而减少该塑封缺陷。工艺条件优化后上述缺陷得到明显改善。

目录

摘要

ABSTRACT

1 引言

1.1 智能功率模块概述

1.1.1 功率MOSFET 发展现状

1.1.2 IGBT 发展现状

1.1.3 智能功率模块的特点和发展现状

1.1.4 常用智能功率模块封装结构

1.1.5 常用智能功率模块封装材料

1.2 低功耗智能功率模块特点与应用简介

1.2.1 低功耗智能功率模块特点

1.2.2 低功耗智能功率模块设计结构

1.2.3 低功耗智能功率模块的应用

1.3 本文研究的目的与内容

2 双列直插型低功耗智能功率模块封装结构设计与工艺

2.1 模块封装结构

2.2 模块封装工艺流程

2.3 低功耗智能功率模块封装工艺的主要缺陷

2.4 本章小结

3 芯片焊接空洞缺陷形成的机理及其解决措施

3.1 芯片焊接空洞缺陷状况

3.2 芯片焊接空洞缺陷形成机理分析

3.2.1 工艺材料的影响

3.2.2 工艺夹具的影响

3.2.3 工艺参数的影响

3.3 缺陷改善实验设计方案

3.3.1 以DBC 为基板的芯片焊接空洞改善实验设计方案

3.3.2 以IMS 为基板的芯片焊接空洞改善试验设计方案

3.4 试验结果与分析

3.4.1 焊接优化正交试验结果

3.4.2 影响芯片焊接空洞的因素分析

3.4.3 针对温度曲线进行优化的试验设计结果

3.4.4 改善措施

3.5 本章小结

4 塑封不完整缺陷形成的机理及其解决措施

4.1 塑封缺陷状况

4.2 塑封缺陷形成的机理分析

4.2.1 塑封工艺流程分析

4.2.2 材料，工具设备及工艺参数分析

4.2.3 工艺参数的影响

4.2.4 EMC 材料本身的影响

4.2.5 模具的影响

4.2.6 模块塑封体设计的影响

4.3 缺陷改善试验设计方案

4.3.1 试验设计方案，结果与分析

4.3.2 改善措施

4.4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

上海交通大学学位论文答辩决议书