功率電子成熟封裝技術(shù)

一、功率電子封裝技術(shù)的發(fā)展歷程

功率電子封裝技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。早期，最原始的封裝形式為引線(xiàn)封裝，如DIP（雙列直插封裝）和TO（金屬外殼封裝）等。隨著技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)入1980年代，表面貼裝技術(shù)（SMT）推動(dòng)封裝技術(shù)向更小型、更高集成度發(fā)展，出現(xiàn)了SOIC、QFP、BGA等封裝形式。21世紀(jì)以來(lái)，3D封裝技術(shù)如TSV和FO-WLP，以及系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。在功率器件封裝領(lǐng)域，傳統(tǒng)的封裝技術(shù)采用鉛或無(wú)鉛焊接合金把器件的一個(gè)端面貼合在熱沉襯底上，另外的端面與鋁線(xiàn)或金線(xiàn)鍵合。但這種方法在大功率、高溫工作條件下缺乏可靠性和堅(jiān)固性。近年來(lái)，封裝技術(shù)朝著小體積、3D封裝和模塊化方向發(fā)展，以滿(mǎn)足高電壓、大電流和緊湊化的需求。

二、成熟的功率電子封裝技術(shù)特點(diǎn)

成熟的功率電子封裝技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

·         高封裝效率：芯片面積與封裝面積之比盡量接近1:1，以提高封裝效率。

·         短引腳與遠(yuǎn)引腳間距：引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能。

·         良好的散熱性能：基于散熱的要求，封裝越薄越好。

·         多樣化的封裝材料：從材料介質(zhì)方面，包括金屬、陶瓷、塑料等。在高強(qiáng)度工作條件需求的電路如軍工和宇航級(jí)別仍有大量的金屬封裝。

·         先進(jìn)的連接技術(shù)：連接技術(shù)從鍵合引線(xiàn)向帶狀、銅柱、引線(xiàn)框架和電鍍通孔等方向發(fā)展，通過(guò)去除引線(xiàn)、增大連接面積來(lái)提高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。

·         高性能的芯片粘接材料：芯片粘接材料從傳統(tǒng)錫焊向金基高溫釬焊、瞬態(tài)液相連接、燒結(jié)銀和燒結(jié)銅等方向發(fā)展，大幅提高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，滿(mǎn)足高溫可靠應(yīng)用需求。

·         優(yōu)化的基板設(shè)計(jì)：基板向著增厚陶瓷基板的金屬導(dǎo)電導(dǎo)熱層發(fā)展，從而提高散熱效率。

三、功率電子成熟封裝技術(shù)的應(yīng)用案例

以下是一些功率電子成熟封裝技術(shù)的應(yīng)用案例：

·         大功率LED照明：在大功率LED封裝中，通過(guò)優(yōu)化封裝材料的折射率、減少光學(xué)界面數(shù)等方式提高出光效率。例如，以藍(lán)光芯片/**YAG熒光粉的白光LED組件為例，提升封裝材料的折射率可有效提高光取出效率。此外，太陽(yáng)能LED路燈作為一種獨(dú)立、節(jié)能、環(huán)保的照明設(shè)備，也采用了功率電子封裝技術(shù)。

·         英飛凌的頂部散熱封裝技術(shù)：英飛凌的QDPAK和DDPAK頂部散熱（TSC）封裝技術(shù)，解決了傳統(tǒng)插件封裝的局限，如人工成本高、工藝復(fù)雜、無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率最大化和空間占用面積大等問(wèn)題。通過(guò)采用頂部散熱方式，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，降低了成本，提高了散熱效率和功率密度。

四、功率電子成熟封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

功率電子成熟封裝技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

·         提高散熱效率：能夠有效地將芯片產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，降低芯片結(jié)溫，減緩失效，提高器件的可靠性和使用壽命。

·         降低寄生電感：減少電磁干擾，提高開(kāi)關(guān)性能，降低功率損耗。

·         增大集成度：可以集成多種芯片和器件，如門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、去耦電容、散熱器等，進(jìn)一步提高功率集成密度，縮小封裝體積。

·         易于批量生產(chǎn)：如二次注塑封裝結(jié)構(gòu)，利于模塊化批量生產(chǎn)。

然而，功率電子成熟封裝技術(shù)也存在一些不足：

·         耐高溫、耐高壓性能有限：傳統(tǒng)封裝技術(shù)在高溫、高壓環(huán)境下的性能表現(xiàn)不佳。

·         電磁兼容問(wèn)題突出：可能會(huì)對(duì)周?chē)娮釉O(shè)備產(chǎn)生干擾。

·         封裝工藝復(fù)雜：如雙面連接結(jié)構(gòu)，具有更多層材料，加大了封裝工藝的復(fù)雜性。

·         熱失配導(dǎo)致可靠性降低：各層材料的熱膨脹系數(shù)不同，熱失配會(huì)產(chǎn)生更大的熱-機(jī)械應(yīng)力，降低了連接層可靠性。

五、最新的功率電子封裝技術(shù)趨勢(shì)對(duì)成熟技術(shù)的影響

最新的功率電子封裝技術(shù)趨勢(shì)對(duì)成熟技術(shù)產(chǎn)生了多方面的影響：

·         市場(chǎng)規(guī)模變化：先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模有望在2027年達(dá)到650億美元，這將促使成熟技術(shù)不斷改進(jìn)以適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

·         技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)：如臺(tái)積電、英特爾、三星等芯片制造巨頭成為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新者，推動(dòng)了封裝技術(shù)的發(fā)展，對(duì)成熟技術(shù)提出了更高的性能要求。

·         材料和工藝改進(jìn)：為了滿(mǎn)足高溫操作等特殊需求，新材料如聚對(duì)二甲苯興起，標(biāo)準(zhǔn)的引線(xiàn)鍵合技術(shù)也在演變。

·         應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng)：電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的增長(zhǎng)等應(yīng)用需求的變化，促使成熟封裝技術(shù)不斷改進(jìn)以滿(mǎn)足尺寸、成本、大批量生產(chǎn)和自動(dòng)裝配能力等方面的要求。

·         供應(yīng)鏈整合：供應(yīng)鏈向垂直整合方向發(fā)展，這可能影響成熟技術(shù)在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和發(fā)展策略。

功率器件封裝清洗劑選擇：

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿(mǎn)足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿(mǎn)足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠(chǎng)商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

·         推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。