Infineon、パワーモジュールのパッケージ新工場を�o開
Infineon Technologiesがドイツのバールシュタイン（Warstein）にパワー半導��パッケージング工��の新工場を�n働させ、このほど�o開した。パワー半導��といえども、LSI同様、小型化・低消�J電��(高効率)化・使いやすさを求められている。このため、単��のトランジスタから、��数のベアチップを実�△靴織皀献紂璽襪悗肇僖奪院璽犬録焚修靴討い�。
図1 ドイツ�����陲���WarsteinにあるInfineonのパッケージング工場 出�Z：Infineon Technologies
このほど�o開したInfineon の後工��工場(図1)は、2014�Q10月に完成したもので、�n働しているパワーモジュール実��工��ラインを見せた。パワーモジュールは、IGBTとダイオードを逆並�`に接��しており、これを3組�kつのパッケージに組み込むことで、3相モータを�U(ku┛)御したり、�v転数を変えたりするパワーデバイスとして使いやすくなる。
最初のパワー半導��のハイブリッドモジュールはHybridPackで、2008�Q当時はハイブリッドカー向けと、マイルドハイブリッドカー（アイドリングストップ機�Δ���け�v�撻轡好謄狠�に発電機を組み込んだクルマ）向けを開発していた（参考�@料1）。さらに、650V/800AのIGBTとダイオードを使った�O動�Z��の最�j(lu┛)80kWのHybridPack 2も出してきた。この二つのモジュールを����で100万個出荷してきたという。HybridPackシリーズはBMWのハイブリッドカーi3とスポーツタイプのi8に搭載されている。
このほど同社は、ハイブリッドモジュールのプラットフォーム化を果たす新型ハイブリッドモジュールを開発、その実�▲僖奪院璽献鵐姐���を�o開した��新型ハイブリッドモジュールは、扱える電��が3300V/450A、4500V/400A、6500V/275Aと極めて�j(lu┛)きく、�O動�Zというよりも電�Z以�屬療杜�を�~動・�U(ku┛)御する。このハイブリッドパッケージは拡張性に優れ、直並�`に並べると電��グリッドの�U(ku┛)御にも使えるとしている。��来のHybridPack を6パッケージ分並べたパワーに相当するという。ハウジングの絶縁耐圧は1万400V。
実���C積効率で�~�W(w┌ng)
新型の�j(lu┛)出��モジュール（図2）は、これまでのモジュールと比べ、パワーが�j(lu┛)きく、パッケージは小さい。例えば、3.3kVで、�j(lu┛)出����の��来モジュールFZ1500R33HE3と比べるとパッケージ�C積当たりの電流密度は、��来の5.49A/cm2から6.43A/cm2と17%�\加した。この場合のIGBTは同じ��3世代チップである。4.5kVおよび6.5kVの高耐圧��では、新開発のIGBTを使っており、その電流密度は、それぞれ30%、35%�\加している。��来のモジュールFZ1500R33HE3は電流容量1500A、新型は900Aだが、新型パッケージFF450R33TE3を4個並べて3600A、��来を2個並べた3000Aで比較しても実���C積は��来の546cm2に�瓦靴�、560cm2��度で済む。
図2 新型パワーモジュール ��来よりも小型なのに電流密度が�j(lu┛)きい 出�Z：Infineon Technologies
耐圧を�屬�、�Dり扱える電��を�j(lu┛)きくするため、寄�撻ぅ鵐瀬�タンスを��来の90nHから1/6の15nHに��(f┫)らした。これによって、オンからオフへのスイッチング時のオーバーシュート電圧のピーク値を��(f┫)らすことができた。チップからサブストレートまではCuまたはAlのボンディングワイヤーを使うが、サブストレートから外�霖嫉劼悗�、フラットなリボン�XのCu配線を使いインダクタンスを��(f┫)らしている。
この新型パッケージをセカンドソースとしてユーザーに供給できるようにするため、��菱電機とパートナーシップを�Tんだ。電�Z会社・電��会社などのユーザーは両社から�P(gu─n)入できる。
工場内は帽子、マスク、白衣の����はマスト
今�v、Infineonが�o開した工場は、このパワーモジュールをパッケージする後工��だ。工場の建�驢���のクリーン度がISO 8となっており、クリーンルーム内�陲呂気蕕縫�リーン度が高いとしている。クリーンルーム内に入る場合は、���^、頭から�B先まで��身を�戮η魄瓩肇泪好�を����する（図3左）。もちろん、専��靴も履く。というのは、ベアチップを扱うからだ。この工場では、�i工��で���]したウェーハをダイシングして、チップごとに分�`、チップを張り��けたキャリア(図3��)が搬入される。
図3 (左)白衣����はマスト （��）ダイシング後のキャリア 出�Z：Infineon Technologies
モジュールは、次のようにして���]する。まず銅��を張り��けたセラミックのサブストレートにチップを搭載する。チップを搭載する位��にハンダを印刷で塗っておく。チップを搭載した後、真空中でリフローソルダリングを行い、接��を確実にする。その後AlかCuのワイヤーボンディングをウェッジボンディング法で行い、チップとサブストレート間を接��する。サブストレートは配線パターンが�Wかれており、不要な�霾�のCuは除去されている。この�X��でもテストを行う。
そのセラミックサブストレートの周辺に接��材を塗布、ハイブリッドパッケージ周囲のプラスチックの枠を載せ、�w定する。この枠には外�霖嫉劼忙箸Ε螢椒靡XのCu��が形成されており、そのCu端子とサブストレートのパワー配線電��をウェッジボンディングで接��し、さらに��音�Sをかけて、接��を��(d┛ng)�wにする。Cuリボンを使うのはインダクタンスを��(f┫)らすため。配線はリボン�Xに平らなメタルの��(sh┫)がボンディングワイヤーのような��柱�Xよりもインダクタンスが少ない。最後に機密封�Vする。これまでの�k連の工��のほとんどが�O動化されており（図4）、�_いモジュールを運ぶためのロボットアーム（StauBli社��のUnimation）が��躍している。
図4 �Q工��はほとんど�O動化されている 出�Z：Infineon Technologies
最終のパワー半導��モジュールのテストでは、電圧、電流とも�j(lu┛)きいため、テスト工��でもロボットアームを�W(w┌ng)��する。ロボットの作業は��ず金��のように人間が誤って�Zづかないように柵を設けている。またパワー半導��は流す電流が�j(lu┛)きいため、��ず発�Xする。100℃でのDC、AC、アイソレーションのテストを行う。
完成したモジュールの実�x的な�R定の場合でも、高電圧・�j(lu┛)電流を扱うため、デバイスは��ずボックスの中に入れ、ふたを閉めてからバイアスをかける��図5は実�x�R定����だが、箱の中に入れている。デバイスをセットした後は、�}を触れないように透��なフタを被せる。さもなければ人��に�e(cu┛)険を伴う。
図5 新型モジュールの試作�R定 出�Z：Infineon Technologies
クリーンルームでは����があふれている�lではない。まだ余分なスペースはあるが、2016�Qに�攵��ξ�を�屬欧襪燭瓩忙弔靴織好據璽垢世箸い�。
参考�@料
1. ハイブリッドカー専��の小型・高����のパワーモジュールをインフィニオンが開発中 (2008/11/21)
