作者:Disciples
一種芯片互連技術(shù)--SKiN技術(shù),今天我們就來聊一聊關(guān)于它的那些事兒~
芯片互連技術(shù)
芯片互連技術(shù)包括兩大類,有綁定線和無綁定線兩大類。其中,有綁定線的,我們再熟悉不過了,也是技術(shù)最為成熟的一類,比如常見的62mm,Easy,EconoDual等等,內(nèi)部基本都是綁定線這種形式,當(dāng)然也有帶狀綁定線的形式。而這類模塊的回路雜散電感一般從9nH到20nH以上,其實對于SiC等高速開關(guān)器件來說是存在一定限制的。
因為在硬開關(guān)操作過程中,回路雜散電感的存在將會產(chǎn)生一個尖峰電壓(ΔV=Ls*di/dt),雜散電感越大,尖峰電壓將會越大。由于局部放電和絕緣故障的可能性增加,它降低了封裝的可靠性。此外,為了提高模塊的電流能力,需要多個芯片進(jìn)行并聯(lián)。不對稱的布局將導(dǎo)致并聯(lián)芯片之間動態(tài)不均電流。這將在它們之間造成瞬態(tài)溫度不平衡,并可能降低特定設(shè)備的可靠性。
另外就是無綁定線,這種對于有效地降低雜散電感以及優(yōu)化布局來說更具靈活性。SKiN屬于這一類。當(dāng)然,除了這個,還有其他很多種形式,包括,西門子的平面互連技術(shù)(SiPLIT),通過將銅沉積在高絕緣膜上,以進(jìn)行芯片頂部的互連,經(jīng)過表征寄生電感能夠降低約50%;通用電氣(GE)的功率覆蓋互連技術(shù)(POL),芯片頂部使用由聚酰亞胺和銅制成的柔性基板進(jìn)行連接。另外,包括2.5D和3D封裝形式的發(fā)展,模塊結(jié)構(gòu)采用多層DCB和垂直的功率回路設(shè)計,進(jìn)一步優(yōu)化回路雜散電感。
SKiN互連技術(shù)
SKiN技術(shù)由2011年開始使用,包括將芯片燒結(jié)到DCB基板,將芯片的頂部側(cè)燒結(jié)到柔性電路板,以及將基板燒結(jié)到針翅片散熱器。該技術(shù)減小了模塊的體積和重量,以及極低的雜散電感(可以低至1.4nH),同時也具有較高的電氣性能和模塊可靠性。
下圖是采用SKiN技術(shù)的模塊界面圖,
關(guān)鍵技術(shù)在于聚酰亞胺的柔性電路板,兩側(cè)帶有圖案的金屬軌道。底部的金屬被稱為功率側(cè),是一層厚厚的金屬層,它主要用于承載負(fù)載電流,厚度取決于具體的金屬材料以及所需要承載的電流,一般100um較為合適。
頂層金屬被稱為邏輯側(cè),只需要相對較薄的金屬層,比如30um的銅,因為它承載門極、輔助或者傳感信號。
聚酰亞胺本身的材料和厚度取決于具體的應(yīng)用條件,如需要的工作溫度和電壓等級,一般情況下它的厚度在幾十um。
為了將器件的門極從功率側(cè)連接到邏輯側(cè),柔性板上進(jìn)行開空連接。
下圖是早期采用SKiN技術(shù)的400A/600V IGBT半橋模塊柔性薄膜示意圖,
功率側(cè)與芯片頂部進(jìn)行燒結(jié)的部分印刷銀膏,輔助觸點通過柔性薄膜上的金屬走線進(jìn)行連接。為了防止柔性薄膜在后續(xù)燒結(jié)過程中被一些尖銳的邊緣損壞,一層薄薄的有機材料被填充在芯片周圍。下圖是準(zhǔn)備與柔性薄膜連接的DCB基板(芯片已經(jīng)燒結(jié)到上面)圖片,
然后將基板和柔性薄膜進(jìn)行燒結(jié)連接,接著便可以進(jìn)行相應(yīng)的電氣測試。
接著便是將直流和交流端子以及散熱器,和上面的功率部分進(jìn)行燒結(jié)。
然后再添加一個塑料框架,以便后續(xù)系統(tǒng)中進(jìn)行模塊的安裝。
以上整個過程如下圖,
所有這些都是通過銀燒結(jié)完成,包括芯片到DCB基板,DCB基板到散熱器,芯片頂部到柔性材料,整個模塊沒有焊料以及綁定線。以及回路雜散電感做到很低,回路示意圖如下,
小結(jié)
今天更多地介紹了SKiN技術(shù)到底是什么樣的。
今天的內(nèi)容希望你們能夠喜歡!
編輯:黃飛
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原文標(biāo)題:SKiN技術(shù)
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