集成電力電子模塊封裝技術的研究.pdf

1、電力電子系統(tǒng)集成是一項電力電子技術與材料、機械、化學、信息等多學科邊緣交叉滲透的綜合性工程，可實現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高功率密度、高效率、高可靠性以及低成本，是電力電子技術發(fā)展的重要方向。模塊的封裝技術是電力電子系統(tǒng)集成的重要組成部分，直接影響模塊的電氣性能、EMI特性和熱性能等，被公認為是未來電力電子技術發(fā)展的核心推動力。在電力電子集成系統(tǒng)中，各分立元器件被集成電力電子模塊(IPEM)取代，研究IPEM的封裝技術具有重要意義和實用價值。

2、 本文介紹了薄厚膜技術、封裝結構與互連技術和基板技術等電力電子封裝的關鍵技術，詳細比較分析了已存在的薄膜覆蓋封裝技術等三維IPEM封裝技術。 標準開關單元可以最大限度地應用于多種變換器中，將它們與其驅動等電路集成在一起，就構成了有源IPEM。倒裝芯片技術(FCT)廣泛應用于微電子封裝，將該技術引入到三維有源IPEM的封裝中，可以構成倒裝芯片集成電力電子模塊(FC-IPEM)。在實驗室封裝完成了由兩只球柵陣列封裝MOSFET及

3、其驅動、保護等電路構成的半橋FC-IPEM。FC-IPEM中，由焊料凸點實現(xiàn)芯片和基板的互連，取代了傳統(tǒng)的引線鍵合，三維封裝結構取代了傳統(tǒng)的平面封裝結構。在封裝過程中，提出印刷電路板焊盤預先涂覆焊料法，提高焊點壽命，同時控制工藝過程的參數(shù)，實現(xiàn)FC-IPEM可靠性的提高。采用阻抗分析儀測量半橋FC-IPEM的寄生參數(shù)，建立寄生參數(shù)模型，測量中，使用改進型寄生電容測量方法，提高了測量的準確性。通過分析電磁干擾的傳輸路徑，提出改善FC-IP

4、EM電磁兼容性能的措施。采用半橋FC-IPEM構成同步整流Buck變換器，進行了電氣性能測試。測試結果證明了模塊寄生電感小，電氣性能優(yōu)越。建立了半橋FC-IPEM的一維熱阻模型，得到芯片熱傳輸?shù)闹饕獰嶙鑱碓?，并運用FLOTHERM軟件進行三維熱仿真分析，得到模塊的穩(wěn)態(tài)傳熱結果，并給出優(yōu)化模塊熱性能的依據(jù)，結果證明三維封裝的半橋FC-IPEM實現(xiàn)了良好的熱設計。 采用模塊電源構成飛機高壓直流電氣系統(tǒng)的二次電源分布式系統(tǒng)，可提高供電

5、可靠性和供電質量。模塊電源采用移相控制零電壓開關 (ZVS) 脈寬調制全橋變換器拓撲。由于難以獲取雙面可焊大功率器件芯片以及集成控制電路芯片，現(xiàn)實可行的選擇是本模塊電源的器件均采用已商品化的表面組裝器件，通過合理的電路和結構設計，經二次封裝形成電源模塊。在實驗室，采用三維疊層封裝結構，選用了高導熱率的鋁基板作為底層基板，完成了28V/36A輸出航空用模塊電源樣機，平面變壓器技術為模塊電源的薄型化提供了條件。為了利用變壓器漏感的能量實現(xiàn)滯