2984
SKiN一種芯片互連技術(shù)
秋氣堪悲未必然,輕寒正是可人天。2023年的最后一個(gè)季度，天氣也日益漸涼，體感卻很好，我很是享受每天下班走在路上的那絲涼爽，但大家還是注意保暖，然后去享受新的氣候。
前面我們聊了Cu-Clip和銅綁定互連技術(shù)以及eMPack汽車模塊，其中我們都提及了賽米控丹佛斯的一種芯片互連技術(shù)--SKiN技術(shù)，今天我們就來(lái)聊一聊關(guān)于它的那些事兒~
芯片互連技術(shù)
芯片互連技術(shù)包括兩大類，有綁定線和無(wú)綁定線兩大類。其中，有綁定線的，我們?cè)偈煜げ贿^(guò)了，也是技術(shù)最為成熟的一類，比如常見(jiàn)的62mm，Easy，EconoDual等等，內(nèi)部基本都是綁定線這種形式，當(dāng)然也有帶狀綁定線的形式。而這類模塊的回路雜散電感一般從9nH到20nH以上，其實(shí)對(duì)于SiC等高速開(kāi)關(guān)器件來(lái)說(shuō)是存在一定限制的。
因?yàn)樵谟查_(kāi)關(guān)操作過(guò)程中，回路雜散電感的存在將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓（ΔV=Ls*di/dt），雜散電感越大，尖峰電壓將會(huì)越大。由于局部放電和絕緣故障的可能性增加，它降低了封裝的可靠性。此外，為了提高模塊的電流能力，需要多個(gè)芯片進(jìn)行并聯(lián)。不對(duì)稱的布局將導(dǎo)致并聯(lián)芯片之間動(dòng)態(tài)不均電流。這將在它們之間造成瞬態(tài)溫度不平衡，并可能降低特定設(shè)備的可靠性。
另外就是無(wú)綁定線，這種對(duì)于有效地降低雜散電感以及優(yōu)化布局來(lái)說(shuō)更具靈活性。我們之前說(shuō)的Cu-Clip以及今天要聊的SKiN，都屬于這一類。當(dāng)然，除了這兩個(gè)，還有其他很多種形式，包括，西門(mén)子的平面互連技術(shù)（SiPLIT），通過(guò)將銅沉積在高絕緣膜上，以進(jìn)行芯片頂部的互連，經(jīng)過(guò)表征寄生電感能夠降低約50%；通用電氣(GE)的功率覆蓋互連技術(shù)（POL），芯片頂部使用由聚酰亞胺和銅制成的柔性基板進(jìn)行連接。另外，包括2.5D和3D封裝形式的發(fā)展，模塊結(jié)構(gòu)采用多層DCB和垂直的功率回路設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化回路雜散電感。
SKiN互連技術(shù)
SKiN技術(shù)由2011年開(kāi)始使用，包括將芯片燒結(jié)到DCB基板，將芯片的頂部側(cè)燒結(jié)到柔性電路板，以及將基板燒結(jié)到針翅片散熱器。該技術(shù)減小了模塊的體積和重量，以及極低的雜散電感（可以低至1.4nH），同時(shí)也具有較高的電氣性能和模塊可靠性。
下圖是采用SKiN技術(shù)的模塊界面圖，
關(guān)鍵技術(shù)在于聚酰亞胺的柔性電路板，兩側(cè)帶有圖案的金屬軌道。底部的金屬被稱為功率側(cè)，是一層厚厚的金屬層，它主要用于承載負(fù)載電流，厚度取決于具體的金屬材料以及所需要承載的電流，一般100um較為合適。
頂層金屬被稱為邏輯側(cè)，只需要相對(duì)較薄的金屬層，比如30um的銅，因?yàn)樗休d門(mén)極、輔助或者傳感信號(hào)。
聚酰亞胺本身的材料和厚度取決于具體的應(yīng)用條件，如需要的工作溫度和電壓等級(jí)，一般情況下它的厚度在幾十um。
為了將器件的門(mén)極從功率側(cè)連接到邏輯側(cè)，柔性板上進(jìn)行開(kāi)空連接。
下圖是賽米控丹佛斯早期采用SKiN技術(shù)的400A/600V IGBT半橋模塊
柔性薄膜示意圖，
功率側(cè)與芯片頂部進(jìn)行燒結(jié)的部分印刷銀膏，輔助觸點(diǎn)通過(guò)柔性薄膜上的金屬走線進(jìn)行連接。為了防止柔性薄膜在后續(xù)燒結(jié)過(guò)程中被一些尖銳的邊緣損壞，一層薄薄的有機(jī)材料被填充在芯片周圍。下圖是準(zhǔn)備與柔性薄膜連接的DCB基板（芯片已經(jīng)燒結(jié)到上面）圖片，
然后將基板和柔性薄膜進(jìn)行燒結(jié)連接，接著便可以進(jìn)行相應(yīng)的電氣測(cè)試。
接著便是將直流和交流端子以及散熱器，和上面的功率部分進(jìn)行燒結(jié)。
然后再添加一個(gè)塑料框架，以便后續(xù)系統(tǒng)中進(jìn)行模塊的安裝。
以上整個(gè)過(guò)程如下圖，
所有這些都是通過(guò)銀燒結(jié)完成，包括芯片到DCB基板，DCB基板到散熱器，芯片頂部到柔性材料，整個(gè)模塊沒(méi)有焊料以及綁定線。以及回路雜散電感做到很低，回路示意圖如下，
小結(jié)
今天更多的還是了解下賽米控的SKiN技術(shù)到底是什么樣的，同時(shí)了解下上篇我們?cè)诹膃MPack時(shí)也聊到的柔性電路板到底是什么結(jié)構(gòu)。
主要還是之前說(shuō)過(guò)要聊一下SKiN的，所以今天我們一起簡(jiǎn)單聊一下。
今天的內(nèi)容希望你們能夠喜歡！
參考文獻(xiàn)，
Thomas Stockmeier, "SKiN: Double side sintering technology ?for new packages"
下載ECAD模型
