IGBT模块封装中大面积基板连接的应力翘曲分析

模拟绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块中用烧结银对直接覆铜(DBC)基板与铜底板进行大面积连接的过程,发现大面积基板连接会产生很大的翘曲与严重的残余应力.增加铜底板厚度使其刚度增大,能有效改善基板连接的翘曲问题.基板连接的最大残余应力产生于DBC上铜层与陶瓷层连接的角点处,随DBC铜层厚度的增加而增加,随陶瓷层厚度的增加而减小,与焊层厚度关系不大.其主要原因是各层材料厚度变化对结构整体热膨胀系数的改变程度不同,而DBC铜层与陶瓷层之间热失配程度最严重.结构厚度改变对连接层应力大小影响不大,但增加底板厚度会恶化连接层的应力分布,不利于模块长期可靠性.采用DBC下沉法和反向预翘曲法可以在控制连接层残余应力的条件下有效降低IGBT模块因烧结引起的翘曲,不会降低模块的可靠性.

基于低温烧结银的航天功率模块基板大面积连接工艺改进

由于传统航空功率模块中大面积基板连接采用锡铅焊料,可靠性不佳,本文采用烧结银进行大面积基板连接,研究了接头的力学性能、断裂模式和显微组织。结果表明:接头力学性能良好,平均剪切强度为45.18 MPa,呈现出内聚失效和韧性断裂模式,粘接层的孔隙率为4.82%,显微结构致密均匀,界面结合良好。改进的大面积烧结银工艺只需印刷一次焊膏,采用快速升温速率提高烧结银致密度,并将烧结压力降至2 MPa,可以满足航天功率模块中基板连接的要求。