1電力電子集成的層次與形式

1.1單片集成

單片集成是指在一片硅片內(nèi),使用統(tǒng)一的加工技能將所有需要集成的元器件進行集成。現(xiàn)今制造類工藝、隔離及散熱技術(shù)的不成熟、不完善,致使單片集成技術(shù)一般只適用于集成一些較小功率的電力電子電路。當(dāng)然不可否認(rèn)的是,電力電子集成技術(shù)的發(fā)展在今后極有可能以單片集成為主。

1.2混合集成

混合集成的方法能夠有效幫助解決電路之間由于工藝差異所造成的高電壓隔離問題,混合集成的集成程度偏高。但是混合集成也存在著部分難度偏高的技術(shù)性弊端、問題,如分布參數(shù)、傳熱等,且成本無法降到最低。因此,與單片集成不同的是,混合集成一般應(yīng)用于中等功率的電力電子電路,未來可能會向大功率電路方面發(fā)展。混合集成作為當(dāng)前電力電子集成技術(shù)的重要方式,其現(xiàn)實意義偏強。

1.3系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成是指將已有的元器件及部件進行集合拼裝,組成一個整體的系統(tǒng)。系統(tǒng)集成屬于功能集成,難度性與集成度都相對偏低,在當(dāng)今工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是系統(tǒng)集成的集成度偏低,無法較好地使其體積及重量減小、降低,且構(gòu)造復(fù)雜,集成優(yōu)勢無法明確體現(xiàn)。系統(tǒng)集成常用于大功率及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力系統(tǒng)。

2主要研究內(nèi)容及現(xiàn)狀

2.1MCM封裝技術(shù)

MCM主要有三種類型:采用片狀多層基板的稱為MCM一L;采用多層陶瓷基板的稱為MCM一C;采用薄膜技術(shù)的稱為MCM一D。MCM的三種類型在應(yīng)用中各有自身的優(yōu)缺點。MCM封裝能夠有效幫助增強系統(tǒng)的EMC、減小投資風(fēng)險等。

2.2倒裝芯片技術(shù)

倒裝芯片技術(shù)是一種封裝技術(shù),主要是指將晶片與基板直接接觸進行粘接。與傳統(tǒng)技術(shù)相比較,倒裝芯片技術(shù)的引腳位置將不再受局限,能夠隨意放置在位于晶粒正下方的所有位置,而不像以往一般,只能排列在晶粒下方的四周位置。倒裝芯片技術(shù)有利于大大縮短信號傳輸所用時間、弱化所受串?dāng)_,使電性能得到提高。倒裝芯片技術(shù)能夠使芯片尺寸封裝CPS得到實現(xiàn)。

2.3嵌人式封裝

嵌人式封裝是指將功率芯片放置在陶瓷框架被刻蝕出的空洞內(nèi),接著再利用光刻、絲網(wǎng)漏印等技術(shù)使涂覆的金屬膜圖形化,最后將集成模塊的大小主要部件粘附在功率芯片最表面。嵌人式封裝可以通過縮小模塊體積,將模塊功率密度有效地提高。

2.4新型的互連方式

2.4.1原有的互聯(lián)工藝方式

原有的互聯(lián)工藝方式主要分為鍵合與壓接兩種。壓接方式對零件的平整度要求較高,如若零件的平整度達不到要求,則會極易出現(xiàn)造成芯片損傷甚至碎裂的情況;而引線鍵合技術(shù)則存在著高頻電磁應(yīng)力及局部寄生電感偏大等問題,嚴(yán)重影響鍵合壽命。因此,現(xiàn)人們已提出新的互聯(lián)技術(shù)方式。

2.4.2以焊接技術(shù)為基礎(chǔ)的互連工藝

以焊接技術(shù)為基礎(chǔ)的互連工藝采用層疊型三維封裝結(jié)構(gòu)。三維封裝結(jié)構(gòu)的工藝簡單,成本偏低,能夠有效解決層次間的垂直互連問題。焊接互連工藝分為焊料凸點互連技術(shù)和金屬柱互連平行板結(jié)構(gòu)。焊料凸點互連技術(shù)能夠?qū)⒁€之間的間距有效縮短。焊料凸點互連技術(shù)的接觸面積偏大、封裝密度偏高;金屬柱互連平行板結(jié)構(gòu)是指通過金屬柱實現(xiàn)硅片之間的互連。

2.4.3以沉積金屬膜為基礎(chǔ)的互連工藝

以沉積金屬膜為基礎(chǔ)的互連工藝所采用的三維封裝結(jié)構(gòu)為埋置型,能夠有效減少焊點及寄生參數(shù)。

3電力電子集成技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)今的加工工藝及半導(dǎo)體材料的不斷改善及發(fā)展,單片集成及混合集成依舊具有一定的前景。將電力電子集成模塊的技術(shù)方面進行改善,能夠有效提高電路性能,減小其損耗。未來的電力電子集成技術(shù)一定會朝著將功率元件、電路元件、控制器以及動作開關(guān)等有效集成,形成系列完整、智能的電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊的方向發(fā)展。電力電子元件內(nèi)部的集成度將會越來越高且成本逐步降低,且能滿足其生產(chǎn)各方面的需求。現(xiàn)今,電力電子集成技術(shù)在電氣設(shè)備的集成上已廣泛得到應(yīng)用,系統(tǒng)集成技術(shù)已有較為穩(wěn)固的基礎(chǔ),能夠有效幫助綜合電力系統(tǒng)不斷地穩(wěn)健發(fā)展。

4結(jié)語

當(dāng)今,電力電子集成技術(shù)已在電力技術(shù)領(lǐng)域得到人們廣泛關(guān)注及研究,電力電子集成技術(shù)的發(fā)展能夠直接影響電力電子技術(shù)在未來的發(fā)展。電力電子集成技術(shù)在未來的發(fā)展中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù),與實際的電力發(fā)展情況相結(jié)合,選用適宜的集成方式,幫助推動電力電子集成技術(shù)在未來的發(fā)展中實現(xiàn)實用及產(chǎn)業(yè)化。

作者：謝春 工作單位：貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院