功率電子成熟封裝技術

一、功率電子封裝技術的發展歷程

功率電子封裝技術的發展經歷了多個階段。早期，最原始的封裝形式為引線封裝，如DIP（雙列直插封裝）和TO（金屬外殼封裝）等。隨著技術進步，進入1980年代，表面貼裝技術（SMT）推動封裝技術向更小型、更高集成度發展，出現了SOIC、QFP、BGA等封裝形式。21世紀以來，3D封裝技術如TSV和FO-WLP，以及系統級封裝（SiP）技術得到廣泛應用。在功率器件封裝領域，傳統的封裝技術采用鉛或無鉛焊接合金把器件的一個端面貼合在熱沉襯底上，另外的端面與鋁線或金線鍵合。但這種方法在大功率、高溫工作條件下缺乏可靠性和堅固性。近年來，封裝技術朝著小體積、3D封裝和模塊化方向發展，以滿足高電壓、大電流和緊湊化的需求。

二、成熟的功率電子封裝技術特點

成熟的功率電子封裝技術具有以下特點：

·         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。

·         短引腳與遠引腳間距：引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠，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：從材料介質方面，包括金屬、陶瓷、塑料等。在高強度工作條件需求的電路如軍工和宇航級別仍有大量的金屬封裝。

·         先進的連接技術：連接技術從鍵合引線向帶狀、銅柱、引線框架和電鍍通孔等方向發展，通過去除引線、增大連接面積來提高導熱和導電性能。

·         高性能的芯片粘接材料：芯片粘接材料從傳統錫焊向金基高溫釬焊、瞬態液相連接、燒結銀和燒結銅等方向發展，大幅提高導熱和導電性能，滿足高溫可靠應用需求。

·         優化的基板設計：基板向著增厚陶瓷基板的金屬導電導熱層發展，從而提高散熱效率。

三、功率電子成熟封裝技術的應用案例

以下是一些功率電子成熟封裝技術的應用案例：

·         大功率LED照明：在大功率LED封裝中，通過優化封裝材料的折射率、減少光學界面數等方式提高出光效率。例如，以藍光芯片/**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，太陽能LED路燈作為一種獨立、節能、環保的照明設備，也采用了功率電子封裝技術。

·         英飛凌的頂部散熱封裝技術：英飛凌的QDPAK和DDPAK頂部散熱（TSC）封裝技術，解決了傳統插件封裝的局限，如人工成本高、工藝復雜、無法實現功率最大化和空間占用面積大等問題。通過采用頂部散熱方式，優化了生產工藝，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的優勢與不足

功率電子成熟封裝技術具有以下優勢：

·         提高散熱效率：能夠有效地將芯片產生的熱量散發出去，降低芯片結溫，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，提高開關性能，降低功率損耗。

·         增大集成度：可以集成多種芯片和器件，如門極驅動電路、去耦電容、散熱器等，進一步提高功率集成密度，縮小封裝體積。

·         易于批量生產：如二次注塑封裝結構，利于模塊化批量生產。

然而，功率電子成熟封裝技術也存在一些不足：

·         耐高溫、耐高壓性能有限：傳統封裝技術在高溫、高壓環境下的性能表現不佳。

·         電磁兼容問題突出：可能會對周圍電子設備產生干擾。

·         封裝工藝復雜：如雙面連接結構，具有更多層材料，加大了封裝工藝的復雜性。

·         熱失配導致可靠性降低：各層材料的熱膨脹系數不同，熱失配會產生更大的熱-機械應力，降低了連接層可靠性。

五、最新的功率電子封裝技術趨勢對成熟技術的影響

最新的功率電子封裝技術趨勢對成熟技術產生了多方面的影響：

·         市場規模變化：先進封裝市場規模有望在2027年達到650億美元，這將促使成熟技術不斷改進以適應市場競爭。

·         技術創新推動：如臺積電、英特爾、三星等芯片制造巨頭成為先進封裝領域的關鍵創新者，推動了封裝技術的發展，對成熟技術提出了更高的性能要求。

·         材料和工藝改進：為了滿足高溫操作等特殊需求，新材料如聚對二甲苯興起，標準的引線鍵合技術也在演變。

·         應用需求驅動：電動汽車和混合動力汽車的增長等應用需求的變化，促使成熟封裝技術不斷改進以滿足尺寸、成本、大批量生產和自動裝配能力等方面的要求。

·         供應鏈整合：供應鏈向垂直整合方向發展，這可能影響成熟技術在產業鏈中的地位和發展策略。

功率器件封裝清洗劑選擇：

·         水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、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。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，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、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質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，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

·         合明科技研發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。

·         合明科技運用自身原創的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，打破國外廠商在行業中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

·         推薦使用合明科技水基清洗劑產品。