IGBT功率模塊是能源變換與傳輸的核心器件，被稱為電力電子裝置的“CPU”，作為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)，在電源、逆變器、中大功率電機驅動等方面有廣泛的應用。
為了追求更高的可靠性和穩(wěn)定性，中恒微半導體針對電機驅動、UPS電源、感應加熱等領域，推出了DriveZ62封裝的IGBT功率模塊，通過以下方式實現產品性能提升及嚴謹有效的品質管控：
?選用新型工藝功率芯片降低模塊功耗；
?應用高可靠性工藝封裝設計和材料；
?采用可追溯性管理進行質量控制。
產品概要
產品特點
1.1 低飽和壓降，低開關損耗
?溝槽柵型場截止型IGBT芯片有助于實現模塊的低功耗化。
1.2 通過提高IGBT工作上限溫度，提高產品的功率密度
?實現工作結溫范圍-40 ~ 150℃，結溫上限175℃。
?提升上限溫度，提高了產品的功率密度，提高了散熱設計的自由度。
1.3 標準封裝，確保兼容性
?標準封裝尺寸，可與市場上同類模塊兼容
主要規(guī)格
性能特性
IGBT功率模塊作為大功率的開關型器件，其開關特性與散熱能力是關注的重點。本文將以2B450M120S1P封裝模塊為例，簡單介紹該封裝的電氣特性和功耗情況。
電氣特性
IGBT模塊的飽和壓降VCE sat和開關損耗ESW是相互制約的因素，但又共同影響著功耗情況。因此，如何根據應用情況權衡兩者間的關系，是設計需要著重關注的要點之一。下圖所示是中恒微半導體與市場上主流A公司相同封裝模塊的綜合性能對比圖，從開關損耗和飽和壓降的平衡設計考慮，中恒微半導體的模塊都占有較大優(yōu)勢。
（圖2 綜合性能對比圖）
且該封裝模塊具備良好的開關特性，如圖3所示，開關損耗對比市場主流產品，功耗降低了約10%。并且在1Ω的驅動電阻下，峰值參數仍處于安全工作范圍，確保了產品的可靠性。有效控制開關噪聲的同時提高了開關速度，有助于降低終端用戶機體散熱結構、驅動電路及控制程序的設計難度。
（a 開通特性曲線）
（b 關斷特性曲線）
（圖3 2B450M120S1P開關特性曲線圖@Tj=150℃,Rg=1Ω）
功耗情況
研究表明，IGBT器件的結溫每升高10℃，失效率就會增加一倍，并且絕大多數器件失效都是由于工作結溫過高導致的。因此，控制功率模塊的工作結溫是設計中需要重點考慮的又一因素。示例模塊的計算結果表明，在母線電壓600V，導通電流225A，頻率10kHz的半載工況下，示例模塊的耗散功率遠低于市場上A公司的產品，如圖4所示。
（圖4 總損耗對比圖）
根據結溫計算公式，總損耗的降低可以有效降低芯片的結溫，芯片的溫度可以受到有效控制，保證了芯片的安全工作范圍，有利于簡化應用端的散熱設計。
可靠性實現
對于大功率的應用來說，模塊的可靠性是重點考量的要素之一，為提高這一指標，中恒微半導體通過采用：
?高可靠性工藝體系
?高自動化生產設備、工藝
進行模塊制造，提高了產品的可靠性的同時也保證了產品性能的一致性。
（圖5 DriveZ62裝配結構圖）
信號引線鍵合工藝設計
該封裝模塊是并聯(lián)半橋結構，其性能高度依賴于工作條件下的均流實現，為此，中恒微半導體采用了對稱型的布局方式，高度對稱并聯(lián)部分的電路設計，從而實現均流特性。另外，為提高開關過程的穩(wěn)定性，端子引線鍵合采用先連接至DBC銅層再連接到柵極的方式，避免了開關電流不穩(wěn)定造成門極振蕩的情況，并有效降低了驅動電感。
功率端子超聲焊接工藝
功率端子作為應用中重要電氣接口，并且是最容易產生疲勞失效的部位，DriveZ62封裝摒棄傳統(tǒng)的釬焊焊接工藝，采用超聲焊接工藝完成電氣連接，避免了連接材料之間因CTE的差異產生疲勞失效的問題，大幅度提高了器件的可靠性。
（圖6 端子結構及焊接示意圖）
（圖7 經過溫度循環(huán)測試后端子結合位置破壞情況示意）
2.1 功率端子結構設計
?對稱型的結構設計，使模塊安裝時的應力均勻分布，其折彎處更加可靠。
?應力緩沖結構的設計，減小了安裝過程端子引腳所受的結構應力。
2.2超聲焊接工藝
?更高的過流能力。根據計算，超聲焊接的電流耐受力是鋁線鍵合的3.5倍。
?降低熱機械應力。優(yōu)化了模塊的抗沖擊、抗振動特性。
焊片工藝
傳統(tǒng)的焊膏工藝受限于印刷鋼網和焊膏均勻度的限制，焊料層BLT難以控制，并存在清洗工藝的難點與不穩(wěn)定，保證空洞率的穩(wěn)定性更是成為焊接過程中需要考慮的重要因素。為避免這一現象，中恒微半導體采用了全焊片工藝，既簡化了回流焊接的工藝流程，又保證了焊料層的可靠性和穩(wěn)定性。
3.1 使用焊片可以有效控制焊料層厚度，控制模塊熱阻
3.2 減少焊層空洞率
（圖8 采用焊片焊接的DBC下方焊接層空洞掃描圖）
總結
中恒微（ZHMSEMI）半導體推出的DriveZ62封裝IGBT功率模塊具備優(yōu)良的電氣性能、高可靠性及寬兼容性，適用于電機驅動、UPS電源、感應加熱等應用領域，可以替換市場上的同類模塊，為工業(yè)市場提供了高可靠性IGBT功率模塊的全新選擇。
