使用烧结铜的功率元件封装技术 可靠性提高10倍 - 电子发烧友网

您好,欢迎来电子发烧友网! ,新用户?[免费注册]

您的位置:电子发烧友网 > 电子百科 > 半导体技术 > 封装 >

使用烧结铜的功率元件封装技术 可靠性提高10倍

2016年05月19日 10:26 技术在线 作者:佚名 用户评论(0

  日立制作所在“PCIM Europe 2016”并设的会议上发表了使用烧结铜的功率元件封装技术。该技术的特点是,虽为无铅封装材料,但可降低材料成本并提高可靠性。

  对作为可靠性指标的“功率循环耐受量”实施测定的结果显示,循环次数达到了以往含铅焊锡的10倍以上。具体来说,在功率元件最大结温(Tjmax)为175℃、ΔTj为125℃的条件下实施功率循环试验时,以往的含铅焊锡最高为5万次,而使用烧结铜时达到55万次。在实施-40℃至+200℃的热循环试验时,循环次数达到1000次也未出现问题。

  另外,无铅化进程尚未完成的高输出功率模块(如铁路列车用模块)也要求使用无铅焊锡,并且,随着功率模块的输出功率密度逐年提高,功率元件的工作温度也在不断上升,因此要求使用可靠性高的焊材。作为候选的材料有热导率较高的金、银、铜等。其中最为普遍的是对银纳米材料实施烧结的焊料。

  将铜纳米颗粒化

  而日立选择的是铜。由于铜的热膨胀系数低且杨氏模量高,因此该公司认为其机械可靠性出色,因此采用了铜。另外,材料成本低也是选择铜的原因之一。

  不过,铜的熔点高达1100℃左右,直接以块状使用时,很难作为封装材料。因此,日立决定将铜制成表面能量高的纳米颗粒状来使用。将纳米颗粒化的铜涂在功率元件与功率元件下方的绝缘板之间,通过施加温度和压力实施烧结来封装。

  凭借上述措施,物性可达到与块状铜同等的水平,保持稳定状态。具体的烧结条件并未公布,不过据发表资料的介绍,估计是在约250℃至400℃之间实施封装的。因为文中提到,在达到约250℃以上温度后,烧结后的接合强度为20MPa,可达到实用水平(在镀镍的铜上封装功率元件后实施剪切测试的结果)。

  无需镀金(Au)

  可比镍实现更高的接合强度也是烧结铜的一个优点。使用普通含铅焊锡时,是在功率元件的镍电极上施以镀金处理后再封装到绝缘基板上的。也就是说,在镀金层与绝缘基板之间存在含铅焊锡。并且,使用烧结银时也是如此。

  而使用烧结铜时无需镀金,可直接接合镍电极与绝缘基板。其中一个原因是铜与镍的晶格常数接近,因此容易实现方位匹配。由于可减少镀金,因此有助于降低成本。

  此次将烧结铜用于功率模块,结果显示该模块可顺利实现开关工作。模块的耐压为3.3kV,额定电流为1800A。功率元件的最大结温设定为175℃。

  此次开发的烧结铜主要用于铁路列车的功率模块。日立并未公布将烧结铜用于功率模块产品的时间表,不过在PCIM Europe的会议上,有很多技术发表都瞄准1~3年后的实用化,因此烧结铜技术也有望早日投入实用。

非常好我支持^.^

(0) 0%

不好我反对

(0) 0%

( 发表人:方泓翔 )

      发表评论

      用户评论
      评价:好评中评差评

      发表评论,获取积分! 请遵守相关规定!