功率器件的封裝正朝著小體積和3D封裝發(fā)展，在工作損耗不變的情況下，使得器件的發(fā)熱功率密度變得更大，在熱導(dǎo)率和熱阻相同的情況下，會(huì)使得封裝體和裸芯的溫度更高，高溫會(huì)帶來許多問題。

圖 有銅底板和無銅底板模塊結(jié)構(gòu)及散熱路徑

(1)熱-電效應(yīng)

高溫使得半導(dǎo)體器件的性能下降，如通態(tài)電阻增大、導(dǎo)通壓降增加、電流上升變緩等。

(2)熱-機(jī)械效應(yīng)

高溫使得物體發(fā)生明顯膨脹，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，不匹配的膨脹系數(shù)會(huì)使得封裝內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形甚至破裂。

圖 IGBT模塊失效機(jī)理

(3)熱-分子效應(yīng)

高溫使得鍵合、焊接部位的強(qiáng)度降低，影響接觸性能。

(4)熱-化學(xué)性能

裸露的金屬(引腳、焊盤等)在高溫下更容易受到外界的腐蝕。

為了使得器件在體積和熱性能發(fā)面得到兼顧，除了繼續(xù)減小器件的導(dǎo)通阻抗，還有兩種思路。

第一種是加快熱量從裸芯-封裝體-熱沉的傳遞速度以及封裝器件對(duì)外的熱傳遞，即增加熱導(dǎo)率，減小熱阻;

另一種是減小高溫對(duì)器件各部分的影響，即分析熱效應(yīng)。

減小熱阻不僅是單片封裝需要考慮的問題，也是模塊封裝的基礎(chǔ);而從熱效應(yīng)出發(fā)，往往需要對(duì)研制和工藝提出很高的要求，因此從熱阻出發(fā)進(jìn)行熱設(shè)計(jì)效率更高。

迄今為止，功率模塊主要采用平面封裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)部互連技術(shù)多采用引線鍵合技術(shù)。芯片在切換過程中會(huì)產(chǎn)生損耗，損耗轉(zhuǎn)換成熱量，通過封裝模塊材料擴(kuò)散到周圍環(huán)境中。隨著IGBT器件功率密度的增大，散熱性能是非常關(guān)鍵的問題。IGBT堆疊結(jié)構(gòu)不但可以提高功率密度，還有效地解決了整個(gè)模塊的散熱性能。陶瓷基板與襯底直接相連，快速的將熱量傳遞到周圍環(huán)境中。

審核編輯：湯梓紅