电子集成模块的封装基片与外壳.doc

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电子集成模块的封装基片与外壳 白书欣 国防科技大学 电子封装基片与外壳 一、封装的基本概念 二、应用领域及其性能要求 三、主要封装材料体系 四、国防科大工作基础 2 一、封装的基本概念 1.1 电子封装——芯片模块 3 一、封装的基本概念 1.1 电子封装——基片与外壳封装 外壳与盖板 封装基片 芯片模块 , Al/SiC基片 4 一、封装的基本概念 APG-77有源相控阵火控雷达 T/R组件示意图 一、目标与任务 一、封装的基本概念 IGBT半导体器件结构 一、封装的基本概念 1.2 电子封装材料 ? 电子封装材料是指用作基片、底板、外壳等来支撑和保护半导体 芯片和电子电路等,同时又起到散热和/或导电的作用的一类材 料的总称。 ? 其主要功能包括机械支撑、散热、信号传递以及元件保护等。 ? 电子封装材料的性能要求: z 良好的导热性能 z 适宜可调的膨胀系数 z 比重轻、强度高,模量高 z 良好的可焊性和可加工性 z 良好的化学稳定性 z 便于加工、自动化生产,价格低廉 7 二、应用领域及其性能要求 应用领域 军品典型应用 民品典型应 用 有源相控阵雷达 T/R组件 轨道车辆牵引变 流器及逆变器 IGBT模块 8 二、应用领域及其性能要求 2.1 有源相控阵雷达T/R组件 ? 探测距离远 ? 抗干扰能力强 ? 具有多目标跟踪能力 ? 拥有多功能特性 有源相控阵火控雷达 ? 可靠性高 ? 维护性好 核心器件—T/R组件 雷神公司“铺路爪”NMD远程预警雷达 9 二、应用领域及其性能要求 2.1 有源相控阵雷达T/R组件 APG-77有源相控阵火控雷达 T/R组件示意图 F-22战斗机 天线型式:有源相控阵 天线直径:约1m T/R组件:2000个 组件功率:10W/组件 20KW!! 10 二、应用领域及其性能要求 2.1 T/R组件对管壳材料的性能要求 ? 适宜可调的膨胀系数 ? 低密度 ? 高热导率 ? 高气密性 ? 高弹性模量 ? 材料与构件的近净成型 一 体化技术(或可加工性) ? 良好封焊特性 11 二、应用领域及其性能要求 2.2 大功率IGBT模块 ? 在轨道车辆中,广泛采用了IGBT模块来 构成牵引变流器以及逆变器。 ? 仅轨道交通中,国内大功率IGBT模块年 需求量为15万~20万件。 IGBT模块 12 二、应用领域及其性能要求 2.2 大功率IGBT模块 ? IGBT模块的热循环能力(或温度循环 能力)是高可靠性应用的重要问题。 温摆对IGBT循环次数的影响 用于牵引的IGBT热循环周期 13 二、应用领域及其性能要求 2.2 大功率IGBT模块 功 用 IGBT模块所用材料的膨胀系数和热导率 率 铝 材料 用途 膨胀系数CTE (150℃ ppm/ ℃ ) 热导率 碳 (W/m.K) 块 发 化 硅Si 芯片 2.6 110 铝Al 连接线 23.8 220 硅 展 氧化铝Al O 6.7 27 绝缘体 2 3 代 的 氮化铝AlN 4.5 180 替 绝缘体 趋 铜Cu 17 390 铜 基板 势 铝碳化硅AlSiC 7 180 基 基板 和 板 不同材料组合对IGBT模块可靠性的影响 模 材料 芯片和绝缘体 间热失配值 是 大 方 向 Si+AlN+AlSiC 1.9 2.5 15000 14 二、应用领域及其性能要求 2.3 其他应用领域 RF and Microwave packaging Thermal backing plates RF and microwave carriers Optical housings Guide-bars for PCBs Soldering assembly fixtures 15 二、应用领域及其性能要求 2.4 新的封装方式与封装材料 性能要求 低膨胀和高刚度 显得更为突出 基于系统的复合封装 大功率、系统性、一体化 16 三、主要封装材料体系 第三代 铜基复合封装材料 TC﹥300 ρ=6 第三代 TC=230 ρ=3 铝基复合封装材料 第二代 TC=190 ρ=16.5 W-Cu、Mo-Cu合金 第一代 TC 20 ρ=8.3 Kovar合金 17 三、主要封装材料体系 主要封装材料体系的主要性能对比表 Kovar Cu/W (15/85) Cu/Mo (15/85) AlSi AlSiC CuSiC CuDi CTE ppm/k 5.9 7.2 7 7-17 4.8-16 8-11.5 7-9 TC W/m.k 14 190 160 120- 180 132-255 200-350 550-700 Density g/cm3 8.1 17 10 2.4-2.6 2.8-3.1 5.0-6.5 5.5-7.0 18 三、主要封装材料体系

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