翠展微电子TPAK SiC系列解决方案

翠展微电子针对TPAK SiC系列封装提出的创新解决方案为银浆烧结+铜Clip方案，具体内容如下：

• 方案背景：

  随着新能源汽车、光伏等产业快速发展，第三代半导体器件应用增多，对模块封装可靠性提出更高挑战。IGBT封装失效模式中，焊料疲劳与键合线故障是主要原因。传统钎焊料熔点低、导热性差，在热循环中因材料间CTE差异产生交变剪切热应力，导致焊料层疲劳老化、产生裂纹、分层，热阻变大，加速失效，难以满足车规高功率SiC器件封装可靠性及高温应用要求。键合线铝与硅芯片热膨胀系数相差大，长时间功率循环易产生并积累热应力，引起键合线断裂或键合接触表面脱落，且芯片表面键合引线数目过多会引起较大杂散电感，影响电流均流。

• 方案内容：

  芯片与AMB间连接：采用银浆烧结代替传统焊料。银的熔点高达961℃，不会产生软钎焊连接层中出现的典型疲劳效应，大幅提高了模块的功率循环能力。

  芯片上表面连接：用leadframe一体化的铜Clip替代铝线键合。减小了模块内部的杂散电感，提升了芯片表面电流的均流性，增强了模块整体的过流能力。铜比铝更优异的导热能力也提升了模块整体的散热能力。

• 方案验证：

  振动能力与结构设计合理性研究：按照AQG - 324标准，获取模块在随机激励条件下的振动频率，研究Clip方案模块被迫抵抗外部随机振动的能力与结构设计合理性。

  激励条件：采用宽带随机激励。

- PSD功率密度频谱：给出了相应的频谱情况。

- 仿真结果 - 应力分布：模块整体应力较小，最大应力出现在与塑封体相交的铜排端子处部位，最大应力不超38MPa，安全系数取1.35，满足安全使用条件。

- 仿真结果 - 疲劳寿命：在对应PSD频谱作用下，模块最易损坏的部分是与塑封相交的铜排端子处部位，与模型的应力分布相吻合，模块最低寿命为9.9×10?s满足22h要求。

• 电感仿真：对模块整体电感进行仿真，结果模块电感4.9nH满足设计要求。

• 温度验证：前期验证考虑芯片最大结温是否满足芯片耐受温度。使用软件PLECS，依据数据手册计算相应芯片损耗，根据热仿真结果芯片最高温度小于140℃，满足设计要求。

• 方案优势：

  翠展微电子Tpak器件系列采用银烧结和Clip技术实现了高可靠性、低热阻、低杂散电感器件设计。银烧结技术使用银浆替代传统焊料，降低模块整体热阻，提高芯片和AMB互连的可靠性，有效增强模块的功率循环能力。Clip技术利用Leadframe一体化的铜排代替键合铝线，可以有效减小模块内部杂散电感，拥有更高的电流输出能力的同时可以增强芯片的散热，提高模块的可靠性。

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