功率半导体包括两个部分：功率器件和功率IC。功率器件是功率半导体分立器件的分支，而功率IC则是将功率半导体分立器件与各种功能的外围电路集成而得来。功率半导体的功能主要是对电能进行转换，对电路进行控制，改变电子装置中的电压和频率，直流或交流等，均具有处理高电压、大电流的能力。
目前主流、使用较多的半导体器件，一是晶闸管，它可以输出较大功率，但频率相对较低，主要用于直流输电和大功率低频电源等；二是IGCT，它是将GTO与门极驱动电路以低感方式集成在一起，这样可以改善关断性能，此器件目前主要用于大功率电机传动，包括船舶驱动、海上风电等；三是IGBT，自上世纪90年代突破技术瓶颈以后，已经实现产业化和大规模应用，当前大功率IGBT最高可实现6500V，其应用方式较广，包括轨道交通、光伏发电、汽车电子等，是当前主流开关器件。
IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点，它的作用是交流电和直流电的转换，同时还承担电压高低转换的功能，可以说是电动车的核心技术之一。IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。
IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。
作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT应用非常广泛，如家用电器、电动汽车、铁路、充电基础设施、充电桩，光伏、风能，工业制造、电机驱动，以及储能等领域。
IGBT模块是新一代的功率半导体电子元件模块，诞生于20世纪80年代，并在90年代进行新一轮的改革升级，通过新技术的发展，现在的IGBT模块已经成为集通态压降低、开关速度快、高电压低损耗、大电流热稳定性好等等众多特点于一身，而这些技术特点正式IGBT模块取代旧式双极管成为电路制造中的重要电子器件的主要原因。
近些年，电动汽车的蓬勃发展带动了功率模块封装技术的更新迭代。目前电动汽车主逆变器功率半导体技术，代表着中等功率模块技术的先进水平，高可靠性、高功率密度并且要求成本竞争力是其首先需要满足的要求。
一、功率器件模块封装结构演进趋势
IGBT作为重要的电力电子的核心器件，其可靠性是决定整个装置安全运行的最重要因素。由于IGBT采取了叠层封装技术，该技术不但提高了封装密度，同时也缩短了芯片之间导线的互连长度，从而提高了器件的运行速率。传统Si基功率模块封装存在寄生参数过高，散热效率差的问题，这主要是由于传统封装采用了引线键合和单边散热技术，针对这两大问题，SiC功率模块封装在结构上采用了无引线互连（wirelessinterconnection）和双面散热（double-sidecooling）技术，同时选用了导热系数更好的衬底材料，并尝试在模块结构中集成去耦电容、温度/电流传感器以及驱动电路等，研发出了多种不同的模块封装技术。
按照封装形式和复杂程度，IGBT产品可以分为裸片DIE、IGBT单管、IGBT模块和IPM模块。
（1）裸片DIE：由一片晶圆切割而成的多颗裸片DIE；
（2）IGBT单管：由单颗DIE封装而成的IGBT分立器件，电流能力小，适用于家电等领域；
（3）IGBT模块：由多颗DIE并联封装而成，功率更大、散热能力更强，适用于新能源汽车、高铁、光伏发电等大功率领域；
（4）IPM模块：在IGBT模块外围增加其他功能的智能功率模块（IPM）；
IGBT被称成为“功率半导体皇冠上的明珠”，广泛应用于光伏电力发电、新能源汽车、轨道交通、配网建设、直流输电、工业控制等行业，下游需求市场巨大。IGBT的核心应用产品类型为IGBT模块。IGBT模块的市占率能够达到50%以上，而IPM模块和IGBT单管分别只有28%左右和20%左右。从产品的投资价值来看，由于IGBT模块的价值量最大，有利于企业快速提升产品规模，其投资价值最大。
实现IGBT国产化，不仅需要研发出一套集芯片设计、晶圆制造、封装测试、可靠性试验、系统应用等于一体的成熟工艺技术，更需要先进的工艺设备。随着芯片减薄工艺的发展，对封装提出了更高的要求。封装环节关系到IGBT是否能形成更高的功率密度，能否适用于更高的温度、拥有更高的可用性、可靠性，更好地适应恶劣环境。
1、直接导线键合结构（DLB）
直接导线键合结构最大的特点就是利用焊料，将铜导线与芯片表面直接连接在一起，相对引线键合技术，该技术使用的铜导线可有效降低寄生电感，同时由于铜导线与芯片表面互连面积大，还可以提高互连可靠性。三菱公司利用该结构开发的IGBT模块，相比引线键合模块内部电感降低至57%，内部引线电阻减小一半。
2、SKiN结构
SKiN模块结构也是一种无引线键合的结构，它采用了双层柔软的印刷线路板同时用于连接MOSFET和用作电流通路。
3、2.5D和3D模块封装结构
为进一步降低寄生效应，使用多层衬底的2.5D和3D模块封装结构被开发出来用于功率芯片之间或者功率芯片与驱动电路之间的互连。在2.5D结构中，不同的功率芯片被焊接在同一块衬底上，而芯片间的互连通过增加的一层转接板中的金属连线实现，转接板与功率芯片靠得很近，需要使用耐高温的材料，低温共烧陶瓷（LTCC）转接板常被用于该结构，下图为一种2.5D模块封装结构。
而在3D模块封装结构中，两块功率芯片或者功率芯片和驱动电路通过金属通孔或凸块实现垂直互连，下图是一种利用紧压工艺（Press-Pack）实现的3D模块封装，这种紧压工艺采用直接接触的方式而不是引线键合或者焊接方式实现金属和芯片间的互连，该结构包含3层导电导热的平板，平板间放置功率芯片，平板的尺寸由互连的芯片尺寸以及芯片表面需要互连的版图结构确定，整个结构的厚度一般小于5mm。
下图是另一种3D模块封装结构，该结构通过低温共烧陶瓷工艺，实现了功率芯片和驱动电路的垂直互连，该结构还可以方便地将被动元件集成在低温共烧陶瓷衬底上。
二、IGBT封装工艺流程
IGBT模块封装是将多个IGBT集成封装在一起，以提高IGBT模块的使用寿命和可靠性，体积更小、效率更高、可靠性更高是市场对IGBT模块的需求趋势。一个IGBT模块的封装需经历贴片、真空焊接、等离子清洗、X-RAY照线光检测、键合、灌胶及固化、成型、测试、打标等等的生产工序。当然，这些流程不是固化的，要看具体的模块,有的可能不需要多次焊接或邦线,有的则需要,有的可能还有其他工序。上面也只是一些首要的流程工艺,其他还有一些辅助工序,如等离子处理,超声扫描,测试,打标等等。
IGBT模块可以说是在工艺流程中占据非常重要的地位，它的应用非常广泛，几乎在变流工系统中都要用到IGBT模块,比如说交流电机、变频器、开关电源等等,都要使用到它,而它能够具有这么强的应用性也是基于它自身有驱动功率小而饱和压降低的优点。
首先，IGBT模块封装是将多个IGBT集成封装在一起，以提高IGBT模块的使用寿命和可靠1性,而IGBT模块的市场需求趋势则是体积更小、效率更高、可靠性更高,实现这些技术就有待于IGBT模块封装技术的研发。目前流行的IGBT模块封装形式有引线型、焊针型、平板式、圆盘式四种，常见的模块封装技术有很多，各生产商的命名也不一样，如英飞凌的62mm封装、TP34、DP70等等。
IGBT模块有3个连接部分,分别是硅片上的铝线键合点、硅片与陶瓷绝缘基板的焊接面、陶瓷绝缘基板与铜底板的焊接面。这些接点的损坏都是由于接触面两种材料的热膨胀系数相抵触而产生的应力和材料的热恶化造成的。
其次,IGBT模块封装流程分别依次经历一次焊接,一次邦线,接着二次焊接，二次邦线,然后组装,上外壳,涂密封胶,等待固化,最后灌硅凝胶,再进行老化筛选。这个工艺流程也不是死板的，主要看具体的模块，有的可能不需要多次焊接或邦线，有的则需要，有的可能还有其他工序。上面也只是一些主要的流程工艺,其他还有一些辅助工序,如等离子处理，超声扫描，测试，打标等等。以上就是简单的IGBT模块工艺流程介绍，以下是封装制程工艺流程12道工序的详细介绍：
1、丝网印刷：将锡膏按设定图形印刷于散热底板和DBC铜板表面，为自动贴片做好前期准备印刷效果；
2、自动贴片：将IGBT芯片与FRED芯片贴装于DBC印刷锡膏表面；
IGBT封装环节包括：丝网印、贴片、键合、功能测试等环节。这其中任何一个看似简单的环节，都需要高水准的封装技术和设备配合完成。
例如贴片环节，将IGBT芯片与FRED芯片贴装于DBC印刷锡膏表面。这个过程需要对IGBT芯片进行取放，要确保贴片良率和效率，就要求以电机为核心的贴片机具有高速、高频、高精力控等特点。
随着新能源汽车行业的高速发展，对高功率、高密度的IGBT模块的需求急速增加，很多汽车厂商都已走上了IGBT自研道路，以满足整车生产需求，不再被上游产业链“卡脖子”。要生产具有高可靠性的IGBT模块，高精度芯片贴装设备必不可少。
3、真空回流焊接：将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；高质量的焊接技术，才能生产出高可靠性的产品。一般回流焊炉在焊接过程中会残留气体，并在焊点内部形成气泡和空洞。
超标的焊接气泡会对焊点可靠性产生负面的影响，包括：
（1）焊点机械强度下降；
（2）元器件和PCB电流通路减少；
（3）高频器件的阻抗增加明显；
（4）导热性降低导致元器件过度升温。
4、超声波清洗：通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，以保证IGBT芯片表面洁净度满足键合打线要求求。
5、X-RAY缺陷检测：通过X光检测筛选出空洞大小符合标准的半成品，防止不良品流入下一道工序；
6、自动键合：通过键合打线，IGBT芯片打线将各个IGBT芯片或DBC间连结起来，形成完整的电路结构。半导体键合AOI主要应用于WB段后的检测，可为IGBT生产提供焊料、焊线、焊点、DBC表面、芯片表面、插针等全面的检测。
7、激光打标：对IGBT模块壳体表面进行激光打标，标明产品型号、日期等信息；
8、壳体塑封：对壳体进行点胶并加装底板，起到粘合底板的作用；
9、功率端子键合；
10、壳体灌胶与固化：对壳体内部进行加注A、B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；
11、封装、端子成形：对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形；
12、功能测试：对成形后产品进行高低温冲击检验、老化检验后，测试IGBT静态参数、动态参数以符合出厂标准IGBT模块成品。
三、IGBT模块封装中的技术详解
1、焊接技术
如果要实现一个好的导热性能,我们在进行芯片焊接和进行DBC基板焊接的时候,焊接质量就直接影响到运行过程中的传热性。从上面的结构图我们可以看到,通过真空焊接技术实现的焊接。可以看到DBC和基板的空洞率。这样的就不会形成热积累,不会造成IGBT模块的损坏。
2、键合技术
XXX用的键合技术是超声键合。实现数据变形。键合的作用主要是实现电气连接。在600安和1200安大电流情况下,IGBT实现了所有电流,键合的长度就非常重要,陷进决定模块大小,电流实现参数的大小。运用过程中,如果键合陷进、长度不合适,就会造成电流分布不均匀,容易造成IGBT模块的损坏。外壳的安装,因为IGBT本身芯片是不直接与空气等环境接触,实现绝缘性能,主要是通过外壳来实现的。外壳就要求在选材方面需要它具有耐高温、不易变形、防潮、防腐蚀等特性。
3、罐封技术
如果IGBT应用在高铁、动车、机车上,机车车辆运行过程中,环境是非常恶劣的,我们可能会遇到下雨天,遇到潮湿、高原,或者灰尘比较大,如何实现IGBT芯片与外界环境的隔离,实现很好运行的可靠性,它的罐封材料起到很重要的作用。就要求选用性能稳定无腐蚀,具有绝缘、散热等能力,膨胀率小、收缩率小的材料。我们大规模封装的时候,填充材料的部分加入了缓冲层,芯片运行过程中不断加热、冷却。在这个过程中如果填充材料的热膨胀系数与外壳不一致,那么就有可能造成分层的现象,在1GBT模块中间加入一种类似于起缓冲作用的填充物,可以防止分层现象出现。
4、质量控制环节
质量控制所有完成生产后的大功率IGBT，需要对各方面性能进行试验，这也是质量保证的根本,可以通过平面设施,对底板进行平整度进行测试,平整度在IGBT安装以后,所有热量散发都是底板传输到散热器。平面度越好,散热器接触性能越好,导热性能越好。第二是推拉测试,对键合点的力度进行测试。第三硬度测试仪,对主电极的硬度,不能太硬、也不能太软。超声波扫描,主要对焊接过程,焊接以后的产品质量的空洞率做一个扫描。这点对于导热性也是很好的控制。IGBT模块电气方面的监测手段,主要是监测IGBT模块它的参数、特性是否能满足我们设计的要求,第二绝缘测试。
总结一下
功率半导体模块封装是其加工过程中一个非常关键的环节，它关系到功率半导体器件是否能形成更高的功率密度，能否适用于更高的温度、拥有更高的可用性、可靠性，更好地适应恶劣环境。功率半导体器件的封装技术特点为：设计紧凑可靠、输出功率大。其中的关键是使硅片与散热器之间的热阻达到最小，同样使模块输人输出接线端子之间的接触阻抗最低。