igbt模块内部结构是怎样的 igbt模块制作工艺介绍

IGBT是绝缘栅双极晶体管的英文简称，是一种半导体开关器件。它通常具有三个端子：集电极、发射极和栅极。集电极和发射极都带有金属层，而栅极上的金属材料包含二氧化硅层。IGBT实际上是一个由四层半导体构成的器件，其中包括PNP和NPN晶体管的排列。IGBT模块由IGBT芯片、反并联二极管、驱动电路等组成。igbt模块内部结构主要由散热基板、DBC基板、IGBT芯片、二极管芯片和键合线组成。

IGBT模块的内部结构通常包括以下几个部分：

1.散热基板：位于底部，主要用于有效传导IGBT开关产生的热量。

2.DBC基板：全称直接铜覆盖基板，由三层组成。中间是陶瓷绝缘层，上下覆盖着铜层。简而言之，它是一个绝缘材料，在两侧贴上一层铜，并在正面刻蚀出导电图案，背面与散热基板直接连接，因此无需刻蚀。

3.IGBT芯片：作为模块的核心部分。

4.二极管芯片：电流方向与IGBT相反，用于反并联。

5.键合线：常用于连接IGBT芯片、二极管芯片和DBC基板上的铜层。通常有两种常用键合线材料，铝线和铜线。

igbt模块制作工艺介绍

1.晶圆生产：包括硅提纂和纯化、单晶硅生长以及晶圆制造等步骤。目前国际主流采用8英寸晶圆，部分厂家逐渐引入12英寸产线。较大的晶圆尺寸能够提高良品率，降低单个器件的成本，增强市场竞争力。

2.芯片设计：IGBT的关键前期流程，当前商业产品主要基于Trench-FS设计。不同厂家的IGBT芯片具有不同特点，性能上存在一定差异。

3.芯片制造：芯片制造高度依赖产线设备和工艺。全球只有少数几家公司能够制造顶级光刻机，将先进的芯片设计实现到工艺上具有极大难度，特别是在薄片工艺和背面工艺方面，国内与国际仍存在一些差距。

4.器件封装：器件生产的后续工序，需要完善的封装生产线。关键设备依赖进口。

IGBT芯片以英飞凌IGBT芯片发展历程为例

IGBT模块的典型封装工序：芯片和DBC焊接绑线——》DBC和铜底板焊接——》安装外壳——》灌注硅胶——》密封——》终测01 DBC（Direct Bonding Copper）DBC（覆铜陶瓷基板）的作用：绝缘、导热，铜箔上可以刻蚀出各种图形，方便走电流。

对导热陶瓷的基本要求是导热、绝缘和良好的机械性能，目前常用的导热陶瓷材料参数：

IGBT模块常用的DBC散热陶瓷材料是氧化铝，应用最为成熟，为了继续提升模块的散热性能，部分模块厂商在高性能产品上采用氮化铝或氮化硅陶瓷基板，显著增加散热效率，提升模块的功率密度02 电流路径刚开始接触IGBT模块的人，打开IGBT或许会有点迷惑，这里简单普及一下对于模块，为了提升通流能力，一般会采用多芯片并联的方式。

散热路径单面散热模块散热路径如下图所示，芯片为发热源，通过DBC、铜底板传导至散热器。

散热路径的热阻越低越好，除了DBC采用热导率更高的高导热陶瓷材料之外，IGBT模块制造商在焊接工艺上下了不少功夫目前最成熟的焊接工艺采用的焊料是锡，为了满足高性能场合的应用，部分产品芯片与DBC的焊接部分采用银烧结技术，增强散热路径的导热性和可靠性对于单管方案，单管与散热底板的烧结逐渐成为趋势典型案例：

单管功率模组的散热原理与模块类似。Model 3的SiC单管与散热器的焊接采用银烧结的方式，与Model X相比，显著提高了功率模块散热路径的散热效率和可靠性。

总的来说，IGBT模块的制作工艺是一个高度复杂的过程，需要在多个方面进行严格控制和规范操作。只有遵循科学的原则和严格的质量控制标准，才能制造出高质量、高可靠性的IGBT模块。