功率模塊封裝是一門綜合性非常強的學(xué)科，涉及領(lǐng)域從材料研究到工藝應(yīng)用、從無機材料到高分子材料、從大型智能化生產(chǎn)設(shè)備到計算機仿真分析等。功率模塊封裝形式也是各種各樣，新的封裝形式層出不窮，對封裝材料的挑戰(zhàn)和機遇也是其他電子產(chǎn)品問世以來從未遇到過的，所涉及問題之多之廣也是其它領(lǐng)域中少見的。
IGBT即絕緣柵雙極晶體管，是典型的功率模塊，具有控制速度快、驅(qū)動功率小及飽和壓降低等特點，被廣泛應(yīng)用于先進軌道交通、輸配電、電動汽車、新能源及智能家電等各電氣化領(lǐng)域，被譽為電能（功率）處理的“CPU”。IGBT模塊的封裝形式按管芯或芯片的組裝工藝及安裝固定方法不同分為壓接式、焊接式等。在封裝過程中也采用了很多不同的高分子材料，如有機硅凝膠、環(huán)氧灌封膠、尼龍、環(huán)氧模塑料等，主要起絕緣保護、密封防潮以及提供機械支撐的作用，對于提高IGBT耐壓能力以及降低模塊局部放電量有重要的作用。
圖1 焊接式IGBT模塊(A)及其剖面示意圖(B)
Fig.1 Welded IGBT module (A) and its Crosssection (B)
由于IGBT模塊的封裝形式不同導(dǎo)致所采用的高分子材料也并不相同。對于焊接式IGBT模塊，比較典型的封裝方式是采用有機硅凝膠、環(huán)氧灌封膠和塑料外殼相結(jié)合的方式進行封裝，如圖1所示。該封裝方式不僅能保證模塊的電絕緣性能，還能為模塊提供較好的機械強度保護，主要應(yīng)用于軌道交通用IGBT模塊的封裝中；也有直接采用有機硅凝膠與塑料外殼相結(jié)合的方式進行封裝，其主要應(yīng)用于電動汽車、風(fēng)電等用IGBT模塊。
環(huán)氧樹脂自身內(nèi)應(yīng)力較大，且固化過程中存在較大收縮，因此采用環(huán)氧灌封膠直接進行封裝的形式并不多見。日本三菱電機開發(fā)出一種DP-樹脂（Direct Potting Resin），是一種低收縮、低應(yīng)力的直接灌封樹脂，具有很低的應(yīng)力，也可直接封裝焊接式IGBT模塊。對于壓接式的IGBT模塊，模組框架所采用的高分子材料主要是采用聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等尺寸穩(wěn)定性好、機械強度高、絕緣性好的特種工程塑料。此外目前研究較為熱的雙面散熱（Double Side Cooled Module）主要應(yīng)用于汽車用IGBT模塊的封裝，所采用的高分子材料是特種環(huán)氧模塑料樹脂（Epoxy Molding Compound），具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）高、線性熱膨脹系數(shù)（CTE）小和可靠性高的特點。當(dāng)然，還有其他一些高分子材料應(yīng)用于功率模塊芯片處理的涂覆處理中，如聚酰亞胺（PI）涂覆膠、聚對二甲苯（Parylene）等。
筆者將結(jié)合高分子材料研究技術(shù)的最新進展和目前功率模塊封裝技術(shù)中急需要克服的困難和要求，介紹一些在功率模塊封裝特別是IGBT模塊封裝應(yīng)用的高分子材料及其在模塊中的應(yīng)用情況。
筆者介紹：
曾亮（1984.09-），男，湖南株洲人，漢族，高級工程師。長期從事功率半導(dǎo)體封裝用高分子材料研究與開發(fā)。
曾就職于中國中車、中國化工等公司，目前就職于湖南國芯半導(dǎo)體科技有限公司。
微信號：hanxu42
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：高分子材料在功率模塊封裝中的研究與應(yīng)用