《功率器件封装技术要求》

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CIEP

中国工业环保促进会团体标准

T/XXXXXXX—XXXX

功率器件封装技术要求

Technicalrequirementsforpowerdevicepackaging

（工作组讨论稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国工业环保促进会  发布

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功率器件封装技术要求

1范围

本文件规定了功率器件封装的封装结构、材料选择、电气性能、环境适应性的技术要求。

本文件适用于各类功率器件的封装设计、生产制造、质量检测环节。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T2828.1计数抽样检验第一部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划

GB/T4937.12半导体器件机械和气候试验方法第12部分：扫频振动

GB/T4937.19半导体器件机械和气候试验方法第19部分：芯片剪切强度

GB/T4937.22半导体器件机械和气候试验方法第22部分：键合强度

GB/T4937.42半导体器件机械和气候试验方法第42部分：温湿度贮存

GB/T7092半导体集成电路外形尺寸

GB/T7581半导体分立器件

GB/T9254.1信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第1部分：发射要求

GB/T14113半导体集成电路封装术语

GB/T42706.1电子元器件半导体器件长期贮存第1部分：总则

SJ/T10414半导体器件用焊料

ISO9233金属及合金的腐蚀-大气腐蚀性-分类（Corrosionofmetalsandalloys—Corrosivityof

atmospheres—Classification）

3术语和定义

GB/T14113中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1功率器件PowerDevice

可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件，其作用主要包括功率转换、

功率放大、功率开关、线路保护、整流和逆变。

4基本要求

4.1封装结构

功率器件封装结构应满足以下要求：

——封装结构紧凑，尺寸确保与现有系统的兼容性；

——优化散热结构，增加散热面积，以提高散热效率，降低热阻；

——散热路径尽可能短且直接，减少热阻；

——增大散热路径上各部件的接触面积，减少接触热阻；

——芯片贴合与引线键合位置确保芯片与基板的对准，粘贴应牢靠；

——电镀层厚度均匀一致，电镀后表面平整光滑，无毛刺、凹陷等缺陷，电镀过程避免引入污染

物。

——功率器件封装结构布局应合理，减少杂感。

4.2性能要求

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功率器件封装的性能要求应注重以下内容：

——封装需具备低热阻，防止芯片过热；

——封装材料的热膨胀系数应尽可能与芯片材料相匹配防止封装内部产生裂纹或分层；

——封装应降低寄生电感和寄生电阻，提高器件的开关速度和效率；

——封装材料需具备高绝缘电阻和耐压能力。

4.3可靠性

功率器件封装的可靠性应注重以下内容：

——封装的机械强度符合GB/T4937.12的要求；

——封装能承受温度循环、湿度变化、化学腐蚀的环境应力；

——封装材料和结构具备高密封性，防止外部灰尘、湿气等污染物侵入；

——封装确保芯片在长期使用中性能稳定。

5技术要求

5.1结构设计

5.1.1外形尺寸

功率器件外形和尺寸应符合GB/T7092-2021半导体集成电路外形尺寸和GB/T7581-1987半导体

分立器件的规定。

5.1.2散热路径

散热路径包括单面散热、双面散热、集成式基板散热、液冷散热等，在实际应用中，选择散热路径

应综合考虑器件的功率密度、工作环境、成本和可靠性等因素。不同散热路径的具体要求如下：

表1散热路径选用对照表

散热路径分类应用场景与功率等级热阻

场景：中低功率应用结到环境热阻：

单面散热

功率：小于等于300W5K/W~60K/W

场景：中高功率密度器件结到外壳热阻：

双面散热

功率：150W~500W小于1.0K/W(双面之和)

场景：高功率模块结到冷板热阻：

集成式基板散热

功率：大于500W小于等于0.8K/W

场景：超高功率密度应用结到液体热阻：

液冷散热

功率：大于1kW小于等于0.3K/W

5.1.3接触面积

芯片与散热路径之间的接触面积应大于等于芯片底面积的80%。

5.1.4芯片贴装

5.1.4.1位置精度

芯片贴装时，芯片位置和布胶的位置应符合以下要求：

a）芯片位置误差小于等于50μm。

b）布胶位置误差小于等于150μm。

5.1.4.2顶针要求

顶针参数设置应满足三点一线要求，顶针直径和顶出高度不能导致芯片和粘膜破裂，同时应将芯片

与粘膜剥离，具体应符合以下要求：

a）顶针参数设置应符合以下内容：

——顶针顶出高度在0.1mm~0.3mm范围内；

——顶针顶出速度宜设置为5mm/s~15mm/s；

——顶出力控制在0.5N~3.0N之间；

——顶针回位后应与供料平面齐平或略低（小于等于0.05mm）。

b）顶针应满足以下要求：

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——直径在0.3mm~1.0mm范围内；

——与芯片接触面积小于等于芯片底面积的10%；

——顶针安装位置误差小于等于10μm；

——顶针质地满足寿命的要求。

5.1.4.3装片

a）胶连装片应符合以下要求：

——导电胶用量为芯片面积的80%~90%；

——导电胶覆盖面积在芯片尺寸的110%~120%；

——固化温度在120℃~175℃范围内；

——固化时间在2h±0.5h范围内，具体固化时间依据胶性能确定。

b）钎焊参数应符合以下要求：

——钎料润湿角小于20°；

——焊料厚度在100μm~200μm之间；

——材料表面均一致并无氧化物等异物；

——芯片中心、顶针和吸嘴中心在一条直线上；

——温度曲线冷却速率为7℃/s~8℃/s。

c）共晶焊接参数应符合以下要求：

——焊接温度高于焊料合金共晶温度的30℃~50℃；

——焊接时，使用氮气（N2）或氮气氢气混合气体（N2/H2）保护，氧含量应小于100ppm；

——共晶时间在10s~30s之间，具体时间应根据材料确定；

——总空洞小于芯片面积的3%，单个空洞小于1%芯片面积；

——机械手上吸嘴的截面与芯片平行度小于等于0.1°；

——机械手加压时间在5s~15s，压力小于50Mpa。

d）银烧结参数应符合以下要求：

——烧结温度高于银烧结膏中有机溶剂的分解温度，峰值烧结温度在200℃～300℃范围内，具

体温度依据材料供应商的推荐确定；

——在峰值温度下的保温时间在5min～30min范围内；

——当增加烧结压强时，压强在15MPa~25MPa范围内，对于对压力敏感的芯片或基板，选用压

力范围的下限；

——烧结后，芯片与基板的界面应均匀、连续，无分层、裂纹缺陷。

5.1.4.4内互联键合

5.1.4.4.1内互联键合内容

内互联键合包括引线键合和倒装键合，内互联键合应对焊接强度、焊接充分程度进行抽样检验。

5.1.4.4.2引线键合

引线键合强度应符合GB/T4937.22中第2部分规定，键合抗剪切力强度应符合GB/T4937.22中第6部

分规定。

5.1.4.4.3倒装键合

a）抽样检验方法应符合GB/T2828.1-2012中的规定。

b）在外加拉力值大于等于50mN乘以键合点数的情况下，键合、基座和芯片不产生断裂；

c）按照GB/T4937.19中第4部分规定，焊点剪切强度应符合以下要求：

——芯片面积在4.1mm2~10mm2之间，剪切强度大于等于25N；

——芯片面积大于4.1mm2，剪切强度大于等于6.1N/mm2。

d）焊接形成的金属键结合面面积应在0.5mm2~2mm2范围内。

e）焊接应无焊点脱落、焊点疲劳断裂、弹坑损伤、焊接短路、线倒伏问题。

f）焊点部位下方应无弹坑、裂纹等损伤问题。

5.1.5塑封

塑封应符合以下要求：

a）塑封后，封装体成型外观应满足产品外形要求，无破裂、芯片露出、裂纹，缺损问题，封装体

上下左右不应出现错位，封装体上无气泡产生，塑封无飞边。

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b）塑封温度在170℃±5℃之间，塑封时间为30s~60s。

5.1.6电镀

5.1.6.1预处理过程

预处理过程应符合以下要求：

a）采用电化学方式处理飞边时，软化时间应为2min，高压水压力应在10MPa范围内。

b）采用化学浸泡方式处理飞边时，软化时间应为30min，高压水压力应在10MPa范围内。

c）去氧化时应使用浓度为0.92mol/L的硫酸洗涤，酸洗时间应为30s。

d）活化时使用浓度为1.84mol/L的硫酸洗涤，酸洗时间应在30s。

e）酸洗后酸浓度低于0.92mol/L时应及时添加酸。

5.1.6.2电镀过程

电镀过程应符合以下要求：

a）使用的电镀液中锡离子（Sn2+）浓度在40g/L~80g/L。Sn2+浓度下降至40g/L时，及时添加Sn2+。

b）电镀液浑浊时，添加浓度为5ml/L的沉淀剂进行沉淀处理。

c）电镀时间为2min。

d）控制电流大小为100A。

e）电镀过程中产生的氢气及时排出，防止爆燃。

f）电镀后产品表面无划痕，金属层厚度应在8μm~20μm，分布应均匀，无明显差别，同一引脚不

同部位偏差应小于等于3μm。

5.1.6.3后处理过程

电镀过程后应去除产品表面附着的酸性溶液并进行烘干处理，应符合以下要求：

a）使用浓度为50g/L的磷酸三钠进行碱洗。

b）碱洗时间为2min。

c）当碱浓度下降为20g/L时，及时补充碱。

d）烘干使用烘箱烘干，烘干时间为15min。

5.1.7打标、切筋和成形

5.1.7.1打标

打标宜使用激光打印方式，激光能量输出应在80%，打印深度应在0.01mm~0.1mm。打标后，产

品不应暴露内部焊线或底材。

5.1.7.2切筋和成形

切筋和成形采用设备和模具将塑封体与引脚的连筋进行切除成形，切除后的产品应无毛刺产生，成

形后的产品应无破裂、裂纹，缺损。

5.2材料选择

5.2.1粘贴材料

5.2.1.1导电银胶

导电银胶通常以高分子树脂和银粉为主要组成部分，应符合以下要求：

a）导电银胶黏接强度在10MPa~20MPa范围内。

b）导电银胶电导率在(1~5)×10^5S/m范围内。

c）高分子树脂为液态、无毒、黏度为1Pa·s~3Pa·s，杂质量应小于0.1%，，应能在10min~20min

完全脱泡，吸水性在0.1%~0.5%。

d）高分子树脂中固化剂为液态、无毒、中温固化（温度为100℃~150℃）。

e）银粉粒子形态宜为球类或类球形。

f）银粉粒子直径在1µm~5µm。

g）银粉填充量为70%~85%（体积百分比）。

5.2.1.2钎焊材料

钎焊材料应符合以下要求：

a）焊丝材料成分应符合SJ/T10414-2015中3.1中规定的相关内容。

b）焊料尺寸符合SJ/T10414-2015中3.3尺寸部分相关内容。

c）焊料表面符合SJ/T10414-2015中3.4表面质量部分相关内容。

d）焊料熔点在250℃~350℃范围内。

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5.2.1.3共晶焊接材料

表2共晶焊接材料选用对照表

应用场景材料选择熔化温度/℃

普通电子装配、PCB组装Sn63/Pb37（锡铅共晶焊料）183

无铅电子封装、消费类电子产

（）

品SnAg3.0Cu0.5SAC305217~221

高可靠性器件、汽车电子、功

AuSn80（金锡共晶焊料）280

率模块

半导体激光器、LED芯片封装AuGe20（金锗共晶焊料）356

高温电子器件、航空航天系统AuSi3（金硅共晶焊料）363

低温敏感器件、柔性电子封装In97Ag3（铟银共晶焊料）143~157

高导热、高导电要求的多芯片

共晶焊料（如）

模块AgSnAg3Sn221~230

特殊气密性封装、光电器件AuIn20（金铟共晶焊料）450（液相线）/共晶点约418

5.2.1.4银烧结材料

表3银颗粒选择对照表

应用场景银颗粒状态银颗粒尺寸银颗粒纯度

纳米级（50nm~100

IGBT模块芯片粘接球形颗粒纯度大于等于99.99%

nm）

纳米级（30nm~80

SiC/GaN功率器件封装球形或类球形颗粒纯度大于等于99.99%

nm）

纳米级+微米级（1μm~

大功率LED热沉粘接球形与片状混合颗纯度大于等于99.95%

3μm）

高温功率模块（工作温纳米级（40nm~100

高球形度颗粒纯度大于等于99.99%

度大于250℃）nm）

低温烧结工艺（烧结温纳米级（10nm~50

表面改性球形颗粒纯度大于等于99.9%

度小于200℃）nm）

高可靠性汽车电子功纳米级（50nm~100

单分散球形颗粒纯度大于等于99.99%

率封装nm）

多尺度复合颗粒（纳米

大芯片面积（大于10+微米）/纳米（30nm~

-纯度大于等于99.95%

mm×10mm）粘接100nm）+微米（5μm~

10μm）

5.2.2键合材料

键合材料宜与母材选择同种金属，为阻止亲和金属元素间的相互扩散和减缓固溶速率，适当掺杂互

补亲和的微量元素，掺杂率应小于等于5%。

5.2.3塑封材料

塑封材料应符合以下要求：

a）介电常数应在3.0~5.0范围，介电损耗因子应小于等于0.02（在1MHz测试频率下）。

b）在150℃~200℃的环境下不应产生开裂、分层或显著软化问题，导热系数应大于等于0.8W/(m·K)。

c）阻燃性等级应为V-0级。

d）电阻率应大于等于1×1012（Ω·cm），击穿强度大于等于15kV/mm。

e）抗拉应大于等于60MPa；抗压应大于等于100MPa；弯曲强度应大于等于100MPa。

f）耐腐蚀等级应符合ISO9223中C3级及以上级别规定。

g）塑封材料应在5℃以下干燥环境中保存，有效期为6个月或一年，使用前常温放置24h

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h）升温结束后30min时间内，未使用完的塑封材料密封后可与未开封的一起冷藏，再次使用需冷

藏24h后按正常方法使用，有效期为24h且只可使用一次。

5.3功率器件性能

5.3.1电绝缘性

功率器件应能在金属安装表面与所有器件端子之间施加额定绝缘有效值电压（rms）的48Hz~62Hz

基本正弦波电势下，持续60s而不发生击穿。

5.3.2热稳定性

在温度为125℃的环境中，使用1000