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功率模块及可靠性测试


封装材料和工艺的自主研发对于功率模块具有十分重要的意义。所使用材料的耐高温特性、热传导能力、绝缘性能、抗冲击性能、与其它封装材料的粘接强度等,都直接影响到封装后的半导体器件能否在恶劣环境下持续高效的工作。然而,目前高性能、高可靠性互连材料;有压/无压纳米烧结固晶工艺和设备、耐高温、高湿的高导热环氧塑封料及固化工艺个设备;高导热、低膨胀系数新型陶瓷基板材料;超高热导铜线及铜基板的制备工艺等主要依赖美国、日本、德国、荷兰等国家的进口。本中心将从封装材料、工艺、乃至结构设计上进行突破,将宽禁带半导体器件的优势完全释放,在优势领域迅速替代传统硅基器件,满足市场需求的快速增长创建面向新能源汽车、充电桩及5G等应用的先进 SiC功率器件/模块封装材料和工艺研发平台。开发新型互连、塑封、键合和基板等封装材料,包括:高性能、高可靠性互连材料;耐高温、高湿的高导热环氧塑封料及固化工艺;高导热、低膨胀系数新型陶瓷基板材料;超高热导铜线及铜基板的制备工艺等;研究新型封装技术,创建具备国际领先水平以及全产业化设备的封装创新平台;重点突破关键封装工艺,提升高性能SiC分立器件及模块的设计与制样水平,为先进封装解决方案的研发以及产业化(具备C sample 的认证资质)提供硬件支持。同时,为系统集成客户提供封装解决方案,为芯片设计提供相应反馈,形成协同设计(Co-design)和研发闭环,加速产品的市场推广。


  

宽禁带半导体功率半导体的功率密度高、工作温度高,对模块封装在高温、高震动及高湿度等各种恶劣环境下的可靠性要求很高。功率模块的可靠性水平很大程度上决定了器件的档次。新材料/界面、新工艺、复杂应用环境的引入给宽禁带半导体失效机理研究、可靠性设计、测试和预测带来了极大的挑战。复杂物理场条件下的失效机理不明确,产品失效风险难以合理评估;可靠性测试时间过长,可靠性设计方法落后,带来产品研发周期长、成本高,缺乏市场竞争力。由此可见,宽禁带半导体模块的可靠性提升在于对失效机理的不断积累,对测试数据的分析深挖,而测试经验需要根据全新器件的发展而研发出相匹配的测试技术以及相应的测试设备。然而,可靠性设计研发人才和技术工程师奇缺是国内宽禁带半导体产业化主要技术瓶颈之一。本中心旨在开展面向应用的失效模式、机理及可靠性模型研究;开展基于数字孪生的可控功能设计和可靠性预测技术研发;建立可靠性测试、失效分析服务及标准研制能力等研发SiC功率半导体封装及可靠性技术;结合电、热、力、磁等多物理场仿真,缩短功率模块的开发时间,形成具有自主知识产权的功率器件封装设计方法体系;开展SiC功率半导体器件、封装/模块的失效分析、可靠性验证以及加速寿命测试等。


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