光伏逆变器SiC封装工艺流程详细介绍与发展趋势分析

一、SiC封装工艺流程详解

1. DBC清洗与芯片归组

• 清洗流程：采用清洗剂和机械能去除离子污染物和微粒污染物。

• 芯片归组：SiC器件参数分散性明显大于Si器件，需根据静态特性对芯片进行分类和归组，保证并联使用时静态特性一致。同时，SiC芯片尺寸较小，对静电破坏耐受能力低，需使用静电消除器保护芯片。

2. 芯片焊接

• 焊料选择：根据工作温度(150～175℃)选择中温区焊料(如Sn-Pb10)作为一次焊接，低温区焊料(如Sn-Pb37)作为二次焊接。

• 焊接工艺：采用真空回流焊减少焊接空洞，提高可靠性。炉温需根据焊料回流温度曲线设置，避免焊料喷溅。

• 质量控制：利用X光扫描、超声扫描等方法确认焊接空洞率在可接受范围内。

3. 引线键合

• 键合技术：采用超声键合技术在芯片或金属之间形成电流通路。

• 参数选择：根据电流水平、开关频率和芯片尺寸合理选择键合线的材料、线径和键合点数，保证适当绝缘间距。

• 质量检验：通过推拉应力测试检验键合线的连接质量。

4. 基板及功率端子焊接

• 二次焊接：将键合完成的DBC涂好低温焊料，压贴在基板表面后送入回流炉进行二次焊接，同时焊接功率端子。

• 工艺要求：焊接流程与一次焊接相同，确保连接可靠。

5. 外壳和灌胶封装

• 外壳选择：为满足SiC高温封装需要，采用熔点为184℃的3D打印玻璃纤维。

• 灌胶工艺：灌封硅凝胶防止污染，提高绝缘强度。外壳与基板之间使用熔点为200℃的高温胶。

• 脱泡处理：灌封硅凝胶后，将模块放入真空脱泡机中做脱泡处理，静置至硅凝胶固化。

工艺流程详解

以上每个优化步骤都至关重要：

• 芯片贴装（银烧结）：这是发挥SiC高温潜力的关键技术。它通过银颗粒在高温高压下固结，形成孔隙率极低、导热和导电性接近纯银的连接层，可靠性远优于焊料。

• 衬底与基板：氮化硅(Si₃N₄)陶瓷因其出色的抗弯强度和热膨胀系数匹配，成为高压高功率SiC模块的优选，能有效承受频繁的剧烈温度变化。

• 互连技术：为减少SiC高频开关产生的寄生效应（影响效率和产生电压过冲），需要采用低感设计。例如，用宽平铜带取代圆线，或采用将上下芯片直接堆叠连接的三维封装，能最小化回路面积和寄生电感。

• 封装集成形式：光伏逆变器可根据功率等级和成本考量，选择分立器件、智能功率模块(IPM) 或集成电源模块(PIM)。PIM将多个芯片集成在一个封装内，是兼顾性能、功率密度和设计便捷性的主流选择。

二、SiC封装技术发展情况分析

1. 技术挑战与创新方向

(1) 低杂散电感封装技术

• 挑战：SiC器件结电容更小，栅极电荷低，开关速度极快，传统封装中较大的杂散电感参数会导致电压过冲和振荡。

• 创新方案：

• TOLL封装：安森美推出的TO-Leadless (TOLL)封装，占位面积仅9.90mm×11.68mm，与D2PAK封装相比PCB面积节省30%，外形仅2.30mm，体积小60%。

• 开尔文源配置：降低栅极噪声和开关损耗，开启损耗(EON)降低60%。

• 插针工艺：中恒微Light EU封装采用高密度插针工艺，实现1200V/8.5mΩ超低导通电阻。

(2) 高温封装技术

• 挑战：SiC器件可在150°C以上可靠运行，但传统封装材料限制了器件工作温度。

• 创新方案：

• 高导热衬底：中恒微集成AI₂O₃高导热衬底，热阻降低40%(Rth(j-c)＜0.15K/W)。

• 银烧结连接：基本半导体B3M010C075Z采用银烧结连接技术，使结壳热阻低至0.20K/W。

• 材料匹配：综合考虑材料的熔点、电导率、传热系数、热膨胀系数等因素，选择适合高温环境的封装材料。

(3) 多功能集成封装技术

• 挑战：光伏逆变器对模块集成度要求高，需要将多种功能集成到封装中。

• 创新方案：

• NTC温度传感器集成：中恒微Light EU封装集成NTC温度传感器，温度采样响应速度＜100ms。

• 模块化设计：安森美VE-Trac B2 SiC模块通过模块化封装降低寄生效应，提高散热性能。

• 智能防护：实现系统级的温度监控和故障预警，提升光伏系统的可靠性和安全性。

2. 市场发展与竞争格局

(1) 市场规模与增长

• 全球SiC封装市场规模2023年达85亿美元，中国占比约35%。

• 中国SiC封装市场预计2025年增速超40%，2023年国内SiC封装产能超300万套/年，目标2025年总产能突破1000万套。

(2) 竞争格局

• 国际巨头：Wolfspeed(45%)、昭和电工(20%)、英飞凌(15%)主导全球外延市场，国际品牌合计市占率约75%。

• 中国企业：呈现"梯队式发展"特征：

• 第一梯队：三安光电、闻泰科技

• 第二梯队：天岳先进、斯达半导、东莞天域

• 第三梯队：瞻芯电子、同光晶体、爱仕特

(3) 本土化替代进程

• 2023年中国SiC功率器件市场中，本土企业占比25%，预计到2030年将提升至40%-50%。

• 中恒微、斯达半导等企业已通过IATF16949车规认证，产品性能全面对标英飞凌、Wolfspeed等国际品牌。

• 中国光伏逆变器企业已开始采用国产SiC模块，如中恒微Light EU封装SiC模块已应用于光伏储能系统。

3. SiC封装在光伏逆变器中的应用价值

• 能效提升：开关损耗降低35%，光伏逆变器转换效率突破99.2%。

• 系统瘦身：Light EU封装体积缩减50%，工业变频器功率密度达30kW/L。

• 可靠性保障：-40～150℃全温域运行，车规级寿命验证＞100万小时。

• 经济效益：1500V光伏逆变器采用SiC后，发电效率提升2%，对应度电成本下降0.03元。

三、未来发展趋势

1. 材料与工艺创新：8英寸衬底量产将降低单位芯片成本30%，推动SiC封装成本下降。

2. 封装集成度提升：SiC器件封装将向高度集成化、多功能化方向发展，集成温度传感器、驱动电路等。

3. 国产替代加速：随着国产SiC产业链成熟，国产SiC模块将在光伏储能、新能源汽车等领域加速替代进口产品。

4. 应用场景拓展：SiC封装技术将从光伏逆变器向储能系统、电动汽车充电站等更多应用场景拓展。

结论

SiC封装技术是光伏逆变器性能提升的关键环节，目前正从传统封装向低杂散电感、高温、多功能集成封装方向快速发展。随着中国SiC产业链的成熟和国产化替代进程的加速，SiC封装技术将为光伏逆变器带来更高的效率、更小的体积和更强的可靠性，推动光伏系统向更高效率、更低度电成本的方向发展，为"双碳"目标的实现提供重要技术支撑。

功率器件清洗- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

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这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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