以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體（亦稱寬禁帶半導體）材料具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高以及抗輻射能力強等優(yōu)點。其中SiC功率器件及模塊已經(jīng)逐漸成為特高壓柔性電網(wǎng)、5G移動通信基礎(chǔ)設(shè)施、高速軌道交通、新能源汽車、航空航天裝備、數(shù)據(jù)中心等“新基建”核心領(lǐng)域的“關(guān)鍵核芯”。
(a) 模擬芯片散熱情況
(e) ACO-BPNN流程圖
傳統(tǒng)SiC功率模塊封裝仍以鋁線鍵合互連為首選互連技術(shù)，然而鋁線鍵合的寄生電感大（大于10 nH），開關(guān)損耗高，熱失配引起的應(yīng)力失效率高，這些都極大地限制了SiC功率器件的性能和可靠性。對于多芯片并聯(lián)的SiC超級結(jié)器件來說，開發(fā)多層平面互連的高密度集成化封裝技術(shù)是提高其性能和可靠性的必然途徑。隨著高密度集成化封裝的發(fā)展，其電-熱-磁-應(yīng)力可靠性等技術(shù)難題也顯得愈發(fā)突出。為了保證功率器件的性能和可靠性，需要研究高密度集成封裝的多物理場耦合作用規(guī)律和優(yōu)化方法。
中科院微電子所侯峰澤副研究員和復(fù)旦大學樊嘉杰青年研究員提出了一種基于基板埋入技術(shù)的新型SiC功率模塊封裝及可靠性優(yōu)化設(shè)計方法：采用新型光敏成型介質(zhì)（PID），通過光刻工藝制備SiC MOSFET功率器件電極上的互連盲孔；基于板級物理氣相沉積（PLPVD）技術(shù)批量更改SiC MOSFET等功率器件電極上的金屬；通過雙面再布線層（DSRDL）工藝替代功率器件的傳統(tǒng)鍵合技術(shù)。開發(fā)的新型有機基板埋入SiC MOSFET半橋功率模塊樣品厚度薄，體積遠小于傳統(tǒng)TO-247封裝（如圖1所示）。
(a) 模擬芯片散熱情況
(b) RDL中的應(yīng)力分布模擬
(c) 溫度等高線
(d) 應(yīng)力等高線
(d) 應(yīng)力等高線
(e) ACO-BPNN流程圖
(f) 適應(yīng)度曲線
圖2 基于蟻群優(yōu)化-反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基板埋入式SiC功率模塊封裝可靠性優(yōu)化
原文文獻：
[1]HOU F Z, WANG W B, MA R, et al. Fan-out panel-level PCB embedded SiC power MOSFETs packaging[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2020, 8(1): 367-380.
[2]QIAN Y C, HOU F Z, FAN J J, et al. Design of a fan-out panel-level SiC MOSFET power module using ant colony optimization-back propagation neural network[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2021, 68(7): 2021.
[3]樊嘉杰，錢弈晨. 一種高可靠性的嵌入式SiC功率器件封裝設(shè)計方法：ZL202110700564.6[P]. 2022-04-01.
來源：電子與封裝
