功率半导体器件封装技术

本书主要阐述了功率半导体器件封装技术的发展历程及其涉及的材料、工艺、质量控制和产品认证等方面的基本原理和方法。同时对功率半导体器件的电性能测试、失效分析、产品设计、仿真应力分析和功率模块的封装技术做了较为系统的分析和阐述，也对第三代宽禁带功率半导体器件的封装技术及应用于特殊场景（如汽车和航天领域）的功率器件封装技术及质量要求进行了综述。通过对本书的学习，读者能够了解和掌握功率半导体器件的封装技术和质量要求，由此展开并理解各种封装技术的目的、特点和应用场合，从而深刻理解功率半导体器件的封装实现过程及其重要性。 本书可作为各大专院校微电子、集成电路及半导体封装专业开设封装课程的规划教材和教辅用书，也可供工程技术人员及半导体封装从业人员参考。

本书作者团队由长期工作在半导体封测行业及科研研究机构的专业人士组成，主要成员及简介如下： 朱正宇，通富微电子股份有限公司总监，6 sigma黑带大师。曾在世界著名半导体公司（三星、仙童、霍尼韦尔公司)任职技术经理等职。。熟悉精通半导体封装，在内互联、IGBT、太阳能、射频及SiC模块等领域发表多项国内外专利和文章，长期负责功率器件及汽车半导体业务的研发管理、质量改善和精益生产。曾获2018年南通市紫琅英才，2019年江海人才。 王可，中国科学院微电子所高级工程师，长期从事材料、封装及可靠性相关的工程和研究工作。主持和参与国家及省部级项目十余项，发表期刊和会议文章二十余篇、专利二十余项。作为行业权威标准制定顾问，参与行业多项权威标准制定。 蔡志匡，南京邮电大学教授、博士生导师，南京邮电大学产学研合作处副处长、集成电路科学与工程学院执行副院长。入选江苏省333高层次人才培养工程、江苏省六大人才高峰、江苏省青年科技人才托举工程。研究方向是集成电路测试，主持国家重点研发计划等项目二十多项，发表论文四十余篇，申请专利五十多项。 肖广源，投资创建无锡华友微电子有限公司和上海华友金裕微电子有限公司。主要从事集成电路行业晶圆、框架以及封装后的表面处理关键制程，处于细分行业领先地位，并获得相关专利27项。

目录 序 前言 致谢 第章功率半导体封装的定义和分类1 1.1半导体的封装1 1.2功率半导体器件的定义3 1.3功率半导体发展简史4 1.4半导体材料的发展6 参考文献8 第章功率半导体器件的封装特点9 2.1分立器件的封装9 2.2功率模块的封装12 2.2.1功率模块封装结构12 2.2.2智能功率模块14 2.2.3功率电子模块15 2.2.4大功率灌胶类模块16 2.2.5双面散热功率模块16 2.2.6功率模块封装相关技术16 参考文献19 第章典型的功率封装过程20 3.1基本流程20 3.2划片20 3.2.1贴膜21 3.2.2胶膜选择22 3.2.3特殊的胶膜23 3.2.4硅的材料特性25 3.2.5晶圆切割26 3.2.6划片的工艺27 3.2.7晶圆划片工艺的重要质量缺陷29 3.2.8激光划片30 3.2.9超声波切割32 3.3装片33 3.3.1胶联装片 34 3.3.2装片常见问题分析37 3.3.3焊料装片41 3.3.3.1焊料装片的过程和原理41 3.3.3.2焊丝焊料的装片过程46 3.3.3.3温度曲线的设置48 3.3.4共晶焊接49 3.3.5银烧结54 3.4内互联键合 59 3.4.1超声波压焊原理60 3.4.2金/铜线键合61 3.4.3金/铜线键合的常见失效机理72 3.4.4铝线键合之超声波冷压焊73 3.4.4.1焊接参数响应分析74 3.4.4.2焊接材料质量分析76 3.4.5不同材料之间的焊接冶金特性综述82 3.4.6内互联焊接质量的控制85 3.5塑封90 3.6电镀 93 3.7打标和切筋成形97 参考文献99 第章功率器件的测试和常见不良分析100 4.1功率器件的电特性测试100 4.1.1MOSFET产品的静态参数测试100 4.1.2动态参数测试103 4.1.2.1击穿特性103 4.1.2.2热阻103 4.1.2.3栅电荷测试105 4.1.2.4结电容测试106 4.1.2.5双脉冲测试107 4.1.2.6极限能力测试109 4.2晶圆（CP）测试111 4.3封装成品测试（FT）113 4.4系统级测试（SLT）115 4.5功率器件的失效分析116 4.5.1封装缺陷与失效的研究方法论 117 4.5.2引发失效的负载类型118 4.5.3封装过程缺陷的分类118 4.5.4封装体失效的分类123 4.5.5加速失效的因素125 4.6可靠性测试125 参考文献129 第章功率器件的封装设计131 5.1材料和结构设计131 5.1.1引脚宽度设计131 5.1.2框架引脚整形设计132 5.1.3框架内部设计132 5.1.4框架外部设计135 5.1.5封装体设计137 5.2封装工艺设计139 5.2.1封装内互联工艺设计原则139 5.2.2装片工艺设计一般规则140 5.2.3键合工艺设计一般规则141 5.2.4塑封工艺设计145 5.2.5切筋打弯工艺设计146 5.3封装的散热设计146 参考文献150 第章功率封装的仿真技术151 6.1仿真的基本原理151 6.2功率封装的应力仿真152 6.3功率封装的热仿真156 6.4功率封装的可靠性加载仿真157 参考文献161 第章功率模块的封装162 7.1功率模块的工艺特点及其发展162 7.2典型的功率模块封装工艺164 7.3模块封装的关键工艺170 7.3.1银烧结171 7.3.2粗铜线键合172 7.3.3植PIN174 7.3.4端子焊接176 第章车规级半导体器件封装特点及要求178 8.1IATF 16949：2016及汽车生产体系工具179 8.2汽车半导体封装生产的特点186 8.3汽车半导体产品的品质认证187 8.4汽车功率模块的品质认证191 8.5ISO 26262介绍193 参考文献194 第章第三代宽禁带功率半导体封装195 9.1第三代宽禁带半导体的定义及介绍195 9.2SiC的特质及晶圆制备196 9.3GaN的特质及晶圆制备198 9.4第三代宽禁带功率半导体器件的封装200 9.5第三代宽禁带功率半导体器件的应用201 第章特种封装/宇航级封装204 10.1特种封装概述204 10.2特种封装工艺206 10.3特种封装常见的封装失效210 10.4特种封装可靠性问题213 10.5特种封装未来发展217 参考文献221 附录半导体术语中英文对照222