車用SiC碳化硅的五大難點和應對方案

車用SiC碳化硅的五大難點和應對方案

近年來，包括SiC在內的第三代半導體器件在汽車上的應用比例與日俱增。但在專業人士看來，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，會產生空洞問題，如果用在大電流大電壓就不穩定可靠了，成為SiC芯片采用TO247封裝方式的困難點，隨著新應用及新能源的開發，半導體零組件需有耐高電壓及高電流之特性，為了避免VOID問題，必須要用無壓燒結銀AS9330連接，引線框架也必須鍍銀，而連結時工差只有20um，精密度要求很高，連帶技術門檻很高。

二 新型SiC芯片可用IPM、TPAK方式封裝，以應用于電動車逆變器SiC框架技術為例，框架Copper Clip和SiC芯片連接采用半燒結銀AS9330連接技術，可實現高可靠、高導電的連接的需求，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銀技術，目前燒結銀技術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以符合燒結銀的搭接技術以外，由于燒結銀的膜厚為50um-100um，可以調整補正搭接面共平面度不佳造成的搭接問題，燒結銀的搭接技術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挑戰。

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多種晶體結構類型，其中六方型結構的4H型(4H-SiC)等少數幾種晶體結構的單晶型SiC才是所需的半導體材料，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，否則易產生多晶型夾雜，導致產出晶體不合格。

四 Full SiC Module目前應用于部份高端車型，其余電動車大多數采取混合型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力產生翹曲，有些銅基板或陶瓷基板，甚至必需先進行彎曲作業、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生高溫下使用，但也因為SiC產生高溫，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。