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封裝技術(shù)就是高功率電子器件的未來(lái)

交通是全世界最大的空氣污染源之一，占全球碳排放量的五分之一，而且這一數(shù)字還在上升。為了開(kāi)動(dòng)交通工具,人類(lèi)大量消耗化石燃料，例如：汽油、柴油或石油氣等， 從而產(chǎn)生大量的污染物如一氧化碳、 二氧化碳、二氧化氮等造成嚴(yán)重的空氣污染，所有這些物質(zhì)都對(duì)人類(lèi)健康有害。

為了改善空氣質(zhì)素解決空氣污染問(wèn)題，世界各地近年積極推動(dòng)清潔能源，逐步取代化石燃料技術(shù)以減碳抗暖化。這些替代品屬于電動(dòng)類(lèi)型，包括電池電動(dòng)車(chē)(Battery Electric Vehicle, BEV)或插電式混動(dòng)力車(chē)(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)等配置。這波汽車(chē)電氣化浪潮要求汽車(chē)制造商在它們的解決方案中使用大量半導(dǎo)體技術(shù)，同時(shí)需要設(shè)計(jì)和組裝更多的高功率電子組件(High Powererd Electronics, HPE)，以驅(qū)動(dòng)未來(lái)的汽車(chē)發(fā)展。

意譯超級(jí)英雄電影中一句經(jīng)典臺(tái)詞來(lái)說(shuō)，「能力越大，熱量越大」!對(duì)于電動(dòng)車(chē)級(jí)的 HPE 高功率電子組件來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行條件可能非常嚴(yán)苛，因?yàn)橐话丬?chē)輛運(yùn)行中的溫度通常都超過(guò)攝氏150度。為了保護(hù)這些精心設(shè)計(jì)和組裝的組件，並使它們能在如此高溫的狀態(tài)下繼續(xù)產(chǎn)生高電壓和電流為車(chē)輛供電和運(yùn)行，先進(jìn)的封裝技術(shù)就是關(guān)鍵。

理解高性能封裝：高功率電子組件背后的電源封裝

電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)基本上由發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、逆變器、蓄電池、蓄電池充電器和電氣控制單元(Electrical Control Unit, ECU)組成。而電氣控制單元 ECU 則是高功率電子組件 HPE 如雙面冷卻包(Double-Sided Cooling Package, DSC)和單面冷卻(Single-Sided Cooling, SSC)所在的位置。

為了保護(hù)DSC和SSC封裝，制造商通常采用一種使用銀漿材料的轉(zhuǎn)移模塑工藝。

圖1a中顯示了一個(gè)典型的DSC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，頂部引線(xiàn)框架和底部的直接銅鍵合(Direct Bond Copper, DBC)用于耗散在提供高電壓和電流水平時(shí)產(chǎn)生的熱量。為了全面消除產(chǎn)生的大量熱量，DSC 以機(jī)電一體化的方式集成到冷卻系統(tǒng)中，猶如一個(gè)散熱器般為運(yùn)行中組件散熱。

圖1a：雙面冷卻(DSC)組件示意圖

圖1a的DSC 與圖1b中的 SSC形成對(duì)比，SSC通常都會(huì)連接到一個(gè)釘狀翅片組件，以散發(fā)產(chǎn)生的熱量。

圖1b：?jiǎn)蚊胬鋮s(SSC)組件示意圖

無(wú)論是DSC還是SSC，在其模制過(guò)程中都有多重挑戰(zhàn)。首先是模具溢出和飛邊(Mold Bleed and Flash, MBF)或晶片裂紋，兩者都會(huì)導(dǎo)致組件損壞和降低可焊性。另一個(gè)潛在問(wèn)題則是分層和空洞，而這問(wèn)題通常發(fā)生在設(shè)計(jì)和設(shè)置期間使用次優(yōu)過(guò)程和工藝所致。

應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

此類(lèi)的瑕疵與缺陷會(huì)影響高功率電子組件HPE的質(zhì)量，特別是生產(chǎn)用于車(chē)用級(jí)高質(zhì)量的HPE時(shí)更加需要避免出現(xiàn)缺陷。通常這些問(wèn)題可通過(guò)四個(gè)主要方面來(lái)解決：間接材料、工藝設(shè)置、來(lái)料和工具設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2和圖3)。

就本文而言，重點(diǎn)將放在 MBF 和晶片裂紋上，因?yàn)樗鼈兪悄壳肮に囍凶畛Ｒ?jiàn)的問(wèn)題。

在圖2的思維導(dǎo)圖中，導(dǎo)致晶片裂紋最顯著的原因之一是來(lái)料的性質(zhì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，制造商需要向第三方材料采購(gòu)時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，例如關(guān)注DBC基板尺寸質(zhì)量。

之后面的臨挑戰(zhàn)涉及晶片完整性，包括晶片放置位置的尺寸精度;固晶的共面性;及晶片定心在銀漿上方。

圖2：晶片裂紋的思維導(dǎo)圖

在圖3中，導(dǎo)致MBF 的主要成因是環(huán)氧模塑化合物(Epoxy Moulding Compound)滲入DBC外露焊盤(pán)的頂部和底部 — 這問(wèn)題歸因于模具設(shè)計(jì)。這現(xiàn)象與ASM Pacific Technology 在該領(lǐng)域的多年設(shè)計(jì)和研究經(jīng)驗(yàn)是一致的。

圖3：模具排氣閃光(MBF)的思維導(dǎo)圖

圖 4 顯示了理想模制工藝的圖示，其中模制工具設(shè)計(jì)為具有最佳密封能力。

圖4：MBF控制裝置的密封

總而言之，生產(chǎn)高質(zhì)量 HPE 和封裝結(jié)構(gòu)首先需要解決許多關(guān)鍵因素，其中兩個(gè)最重要的問(wèn)題是晶片裂紋和 MBF，導(dǎo)致這些問(wèn)題的因素包括來(lái)料、模具精度和模具設(shè)計(jì)。憑借 ASM Pacific Technology 的先進(jìn)封裝技術(shù)，以及在該領(lǐng)域多年的研究專(zhuān)長(zhǎng)，定能幫助滿(mǎn)足所有封裝需求。

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