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DBC+PCB 混合封裝
傳統焊接型模塊封裝使用覆銅陶瓷板(Direct Bonded Copper, DBC),芯片只能在表面上布局,大電流回路面積使得降低模塊的寄生電感變得非常困難。因此 CPES、華中科技大學等將 DBC 工藝和 PCB板相結合,在芯片上通過鍵合線的連接方式引到 PCB板上,這樣可以直接在 PCB 層間實現控制換流回路,通過減小模塊電流回路來減小寄生電感參數。
弗吉尼亞理工大學的陳正等人采用如圖 5 所示的 DBC+PCB 混合封裝的橫截面結構,使用多層 PCB來代替原有的聚酰亞胺-銅。通過切割 PCB 來嵌入半導體芯片,使得 PCB 和器件都可以連接到相同的DBC 基板上,隨后使用鍵合線將器件的頂部電極連接到 PCB 上的頂部銅排。
與傳統工藝相比,DBC+PCB 混合封裝具有許多優點。1)封裝的 PCB 層可以采用標準的 PCB 制造工藝,并且可以在單個回流焊工藝中與半導體芯片一起焊接到基板上,這大大簡化了混合模塊的制造工藝。2)通過增加電路板的銅層和使用通孔、盲孔甚至埋孔通孔,可以在 PCB 上實現更復雜的布線,使得開關電流路徑可以更靈活地控制,同時提供了在模塊中嵌入柵極驅動器電路的可能性。3)混合封裝技術通過減小電流回路面積來降低寄生電感參數。混合模塊的寄生電感僅為分立式 TO-247 封裝方式的 10%~20%。同時與傳統的引線鍵合模塊相比,環路電感降低35%,模塊體積減小約 40%。
華中科技大學的黃志召設計了如圖 6 所示的混合模塊,該結構包括 AlN 陶瓷基板、FPC 和 SiC 芯片。芯片通過 FPC 上的窗口焊接在底層 DBC 上以提升散熱能力;芯片和 FPC 同時焊接在 DBC 上,芯片的上表面電極經由鍵合線連接在 FPC 上,通過過孔來連接FPC 的上下層銅箔。由于換流回路經過的導體存在于FPC 的不同導體層,且電流流向相反形成互感抵消回路;采用薄 FPC 增強互感作用,從而可極大地降低主回路的寄生電感。
該混合模塊通過下管換流回路的阻抗測試結果,由該結果計算出主回路總電感為 3.8 nH。同時開通關斷的 du/dt 分別為 37.38 V/ns 和 37.65 V/ns,可證明使用 DBC+PCB 混合封裝技術降低了模塊驅動回路的寄生電感和共源電感。
兩種混合封裝形式均可以有效降低模塊的寄生電感參數并提升模塊的散熱能力。
PCB組件基板助焊劑清洗
在電路板基板加工過程中,錫膏和助焊劑會產生殘留物質,焊劑殘留物會隨著時間逐漸硬化并形成金屬鹵酸鹽等腐蝕物,對電子產品的工作壽命和可靠性產生影響。因此徹底清除印制板的殘留焊劑、焊料及其它污染物,對電路板基板進行清洗是非常有必要的。
不同類型的助焊劑殘留的成分不同,水基清洗劑的清洗材料對去除焊接殘留的能力也不同。在機器因素上,需考慮運行時是否存在泡沫問題。目前大部分清洗工藝分為超聲波清洗工藝和噴淋清洗工藝。在噴淋清洗工藝下,對泡沫的容忍度更低,要求無泡或泡沫極小且能迅速消泡。
電路板基板清洗劑在滿足清洗的條件下,還需考慮環保問題。目前普遍適用的是RoHS 2.0,REACH法規,歐盟無鹵指令HF,索尼標準SS-00259等法令法規。在選擇清洗劑的時候注意是否滿足以上法令法規要求。
推薦合明科技的水基清洗劑W3000D-2,對電路板基板上錫膏和助焊劑會產生殘留物質,有相當優秀的清洗效果。
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