车用SiC碳化硅的五大难点和应对方案 - 电力元件展

近年来，包括SiC在内的第三代半导体器件在汽车上的应用比例与日俱增。但在专业人士看来，这并不会是一个简单的事情。

一 以车用引线框架来看，尽管Si、碳化硅/氮化镓引线框架都是用铜材，制程相同，也要制作模具，但传统TO247封装方式芯片跟引线框架之间会有锡膏贴合，这样的封装方式会有VOID问题，会产生空洞问题，如果用在大电流大电压就不稳定可靠了，成为SiC芯片采用TO247封装方式的困难点，随着新应用及新能源的开发，半导体零组件需有耐高电压及高电流之特性，为了避免VOID问题，必须要用无压烧结银AS9330连接，引线框架也必须镀银，而连结时工差只有20um，精密度要求很高，连带技术门槛很高。

二 新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封装，以应用于电动车逆变器SiC框架技术为例，框架Copper Clip和SiC芯片连接采用半烧结银AS9330连接技术，可实现高可靠、高导电的连接的需求，很多Tier 1的控制器公司和Tier 2功率模组制造商，在汽车模组中均或多或少的采用该烧结银技术，目前烧结银技术主要用于对可靠性和散热高要求的市场，在引线框架制作上除了要提供高可靠度的镀银品质以符合烧结银的搭接技术以外，由于烧结银的膜厚为50um-100um，可以调整补正搭接面共平面度不佳造成的搭接问题，烧结银的搭接技术对于搭加处的共平面度要求公差也可以达到50UM左右。引线框架必须镀银是局部镀银，相较于全镀，部分镀银技术很难，必须做模具，且放置芯片处用局部镀银，一个引线框架搭两个芯片，芯片必须采取局部镀银，其他引线框架必须用镍钯金，材料差异对引线框架制作是很大的技术挑战。

三 由于SiC晶圆由于长晶速度慢、缺陷率高，晶圆供应远远无法满足需求，取得SiC晶圆是现在进入汽车功率元件市场的入门票，目前SiC的长晶多採用物理气相输运法(PVT)，速度慢而且良率低，主要原因是SiC存在200多种晶体结构类型，其中六方结构的4H型(4H-SiC)等少数几种晶体结构的单晶型SiC才是所需的半导体材料，需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率，以及气流气压等参数，否则易产生多晶型夹杂，导致产出晶体不合格。

四 Full SiC Module目前仅应用于部份高阶车种，其余电动车大多数采取混合型SiC模组，常见的就是以SiC二极管搭配IGBT(Si制程)，且碳化硅功率模组大多以SiC SBD/MOSFET搭配Si IGBT/FRD/Diode进行组合。

SiC的SBD封装与传统SiC大不同：由于SiC wafer硬度很强，伴随而来的就是脆，来料Wafer要进行Chip切割时，需要之切割设备与工具就与一般之Si材料不同，大多采用激光切割机；且一般高电压/高电流大多采用陶瓷基板，但因SiC属硬脆材料，在封装过程中较容易因应力产生翘曲，有些铜基板或陶瓷基板，甚至必需先进行弯曲作业、以达到密合的效果；引线框架在铜的纯度上跟面积，也要随着电压/电流进行改变，同时得选择高温封装材料的低电感等材料。

五 由于SiC本身耐高温，因此适合在高电压产生高温下使用，但也因为产生高温，所以在散热基板上的选择也会相对要求较高，推荐选用AMB基板。