XIII
PACKAGING
moduli wirebond, dove la metallizzazione superiore è tipica-
mente realizzata in alluminio o in una sua lega. Oltre a miglio-
rare l’affidabilità, l’eliminazione delle interconnessioni miglio-
ra anche le prestazioni elettriche. La resistenza tra i contatti dei
collettori periferici e gli elettrodi situati sulla parte posteriore
del die è dell’ordine di 48 µ
Ω
. Un collegamento tipico che uti-
lizza sei connessioni da 0,5 mm in alluminio avrebbe una resi-
stenza totale superiore a 140 µ
Ω
. Utilizzando questa tecnologia
di incapsulamento, gli IGBT possono essere prodotti nelle due
configurazioni flipped-die (die rovesciato) e die-up (die dirit-
to). La variante flipped-die, come illustrato in figura 3, consiste
di un IGBT e di un diodo entrambi rovesciati, così che il gate e
l’emettitore dell’IGBTe l’anodo del diodo siano a contatto con
il substrato DBC. Il materiale di saldatura può essere una pasta
ad alto tenore di piombo o una pasta di argento sinterizzata per
applicazioni senza piombo. L’emettitore e il gate dell’IGBT e i
contatti anodici del diodo sono collegati ai contatti periferici
mostrati dalle tracce conduttive del substrato DBC.
Nella configurazione die-up, illustrata in figura 4, gli elettrodi
di emettitore e di gate sono rivolti verso l’alto (da qui l’espres-
sione “die-up”), mentre il collettore dell’IGBT e il catodo del
diodo sono connessi ai contatti periferici.
Grazie a queste due configurazioni (flipped-die e die-up), i co-
struttori di moduli possono realizzare circuiti a mezzo ponte
o a ponte intero in maniera efficiente collegando l’emettitore
dell’IGBT flipped-die al collettore del dispositivo die-up attra-
verso il rame del substrato DBC del modulo, come illustrato in
figura 5. Il substratoDBCCOOLiR
2
Die svolge diverse funzioni.
Oltre a fornire un supporto meccanico al die ultrasottile, offre
anche un’interconnessione a bassa resistenza e bassa induttan-
za tra gli elettrodi presenti sulla superficie del die e i contatti
periferici del contenitore e garantisce l’isolamento elettrico tra
il die e la parte posteriore del contenitore. Il nucleo dielettrico
interno del DBC può essere in ossido di alluminio (Al
2
O
3
), ni-
truro di alluminio (AlN) o nitruro di silicio (Si
3
N
4
). La scelta
e lo spessore del materiale dipende dal costo oltre che dai re-
quisiti termici e di affidabilità. L’Al
2
O
3
è un dielettrico relativa-
mente a basso costo con un coefficiente di espansione termica
piccolo, simile a quello del silicio, mentre l’AlNe l’Si
3
N
4
hanno
un coefficiente di espansione termica ancora più prossimo a
quello del silicio, ma costano di più.
Quando il die è attaccato al substrato DBC, l’ampia superficie
di contatto tra gli elettrodi dell’IGBT e del diodo e le tracce
conduttive sul DBC contribuiscono a fornire un percorso a
bassa resistenza termica tra il die e il lato superiore del conteni-
tore. Poiché quest’ultimo è elettricamente isolato, i costruttori
di moduli hanno la possibilità di migliorare ulteriormente le
prestazioni termiche utilizzando una configurazione simile a
quella proposta in figura 6. In questo schema, il coperchio del
modulo è utilizzato come un diffusore di calore termicamente
accoppiato al lato superiore del contenitore tramite un mate-
riale di interfaccia termica (Thermal Interface Material, TIM).
Il processo di costruzione del dispositivo COOLiR
2
Die prevede
un test ad alta corrente (500A e oltre, se necessario, a seconda
delle dimensioni del die). Ciò contribuisce ad aumentare la
produttività nel caso di assemblaggio di più die su substrati di
inverter. Per costruire unmodulo, è possibile utilizzare una tra-
dizionalemacchina SMT per posizionare il componente dispo-
nendo i contatti periferici e gli elettrodi dell’IGBT e del diodo
a faccia in giù così che possa essere saldato sul substrato DBC
del modulo. L’assemblato viene quindi saldato con la tecnica
a rifusione. Nel caso di sistemi ad alta potenza che richiedono
una percentuale di vuoti di saldatura non superiore al 3-5%, è
raccomandato un processo di rifusione sottovuoto. Mentre la
tecnologia dei veicoli ibridi ed elettrici continua a richiedere
una maggiore efficienza, più potenza e una più elevata affida-
bilità, CooliR2Die è una nuova tecnologia che contribuisce a
eliminare le interconnessioni, aumenta il rendimento di pro-
duzione e semplifica i processi e le apparecchiature richieste
per fabbricare i moduli inverter di potenza. Essa permette ai
costruttori di raggiungere tutti questi obiettivi, aumentando la
produttività e l’efficacia in termini di costi.
Fig. 5 – IGBT nelle configurazioni flipped-die e die-up
su un unico modulo con circuito a mezzo ponte
Fig. 6 – Migliori prestazioni termiche grazie all’isola-
mento superiore del contenitore
