車用SiC碳化硅的五大難點和應(yīng)對方案

近年來，包括SiC在內(nèi)的第三代半導(dǎo)體器件在汽車上的應(yīng)用比例與日俱增。但在專業(yè)人士看來，這并不會是一個簡單的事情。

一 以車用引線框架來看，盡管Si、碳化硅/氮化鎵引線框架都是用銅材，制程相同，也要制作模具，但傳統(tǒng)TO247封裝方式芯片跟引線框架之間會有錫膏貼合，這樣的封裝方式會有VOID問題，會產(chǎn)生空洞問題，如果用在大電流大電壓就不穩(wěn)定可靠了，成為SiC芯片采用TO247封裝方式的困難點，隨著新應(yīng)用及新能源的開發(fā)，半導(dǎo)體零組件需有耐高電壓及高電流之特性，為了避免VOID問題，必須要用無壓燒結(jié)銀AS9330連接，引線框架也必須鍍銀，而連結(jié)時工差只有20um，精密度要求很高，連帶技術(shù)門檻很高。

二 新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封裝，以應(yīng)用于電動車逆變器SiC框架技術(shù)為例，框架Copper Clip和SiC芯片連接采用半燒結(jié)銀AS9330連接技術(shù)，可實現(xiàn)高可靠、高導(dǎo)電的連接的需求，很多Tier1的控制器公司和Tier 2功率模組制造商，在汽車模組中均或多或少的采用該燒結(jié)銀技術(shù)，目前燒結(jié)銀技術(shù)主要用于對可靠性和散熱高要求的市場，在引線框架制作上除了要提供高可靠度的鍍銀品質(zhì)以符合燒結(jié)銀的搭接技術(shù)以外，由于燒結(jié)銀的膜厚為50um-100um，可以調(diào)整補正搭接面共平面度不佳造成的搭接問題，燒結(jié)銀的搭接技術(shù)對于搭加處的共平面度要求公差也可以達到50UM左右。引線框架必須鍍銀是局部鍍銀，相較于全鍍，部分鍍銀技術(shù)很難，必須做模具，且放置芯片處用局部鍍銀，一個引線框架搭兩個芯片，芯片必須采取局部鍍銀，其他引線框架必須用鎳鈀金，材料差異對引線框架制作是很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

三 由于SiC晶圓長晶速度很慢、缺陷率高，晶圓無法滿足市場需求，取得SiC晶圓是現(xiàn)在進入汽車功率元件市場的入門票，目前SiC的長晶多采用物理氣相法(PVT)，速度慢而且良率低，主要原因是SiC存在200多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方型結(jié)構(gòu)的4H型(4H-SiC)等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型SiC才是所需的半導(dǎo)體材料，需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率，以及氣流氣壓等參數(shù)，否則易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出晶體不合格。

四 Full SiC Module目前應(yīng)用于部份高端車型，其余電動車大多數(shù)采取混合型SiC模組，常見的就是以SiC二極管搭配IGBT，且碳化硅功率模組大多以SiC SBD/MOSFET搭配Si IGBT/FRD/Diode進行組合。

SiC的SBD封裝與傳統(tǒng)SiC大不同：由于SiC wafer硬度很強，伴隨而來的就是脆，來料Wafer要進行Chip切割時，需要之切割設(shè)備與工具就與一般之Si材料不同，大多采用激光切割機；且一般高電壓/高電流大多采用陶瓷基板，但因SiC屬硬脆材料，在封裝過程中較容易因應(yīng)力產(chǎn)生翹曲，有些銅基板或陶瓷基板，甚至必需先進行彎曲作業(yè)、以達到密合的效果；引線框架在銅的純度上跟面積，也要隨著電壓/電流進行改變，同時得選擇高溫封裝材料的低電感等材料。

五 由于SiC本身耐高溫，因此適合在高電壓產(chǎn)生高溫下使用，但也因為SiC產(chǎn)生高溫，所以在散熱基板上的選擇也會相對要求較高，推薦選用價格較高的AMB基板。