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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
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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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