IGBT功率模块封装主要面临哪些问题?

功率器件的封装正朝着小体积和3D封装发展，在工作损耗不变的情况下，使得器件的发热功率密度变得更大，在热导率和热阻相同的情况下，会使得封装体和裸芯的温度更高，高温会带来许多问题。

图 有铜底板和无铜底板模块结构及散热路径

（1）热-电效应

高温使得半导体器件的性能下降，如通态电阻增大、导通压降增加、电流上升变缓等。

（2）热-机械效应

高温使得物体发生明显膨胀，由于不同材料的热膨胀系数不同，不匹配的膨胀系数会使得封装内部各部分之间产生热应力，严重时会产生变形甚至破裂。

图  IGBT模块失效机理

（3）热-分子效应

高温使得键合、焊接部位的强度降低，影响接触性能。

（4）热-化学性能

裸露的金属（引脚、焊盘等）在高温下更容易受到外界的腐蚀。

为了使得器件在体积和热性能发面得到兼顾，除了继续减小器件的导通阻抗，还有两种思路。

第一种是加快热量从裸芯-封装体-热沉的传递速度以及封装器件对外的热传递，即增加热导率，减小热阻；

另一种是减小高温对器件各部分的影响，即分析热效应。

减小热阻不仅是单片封装需要考虑的问题，也是模块封装的基础；而从热效应出发，往往需要对研制和工艺提出很高的要求，因此从热阻出发进行热设计效率更高。

迄今为止，功率模块主要采用平面封装结构，内部互连技术多采用引线键合技术。芯片在切换过程中会产生损耗，损耗转换成热量，通过封装模块材料扩散到周围环境中。随着IGBT器件功率密度的增大，散热性能是非常关键的问题。IGBT堆叠结构不但可以提高功率密度，还有效地解决了整个模块的散热性能。陶瓷基板与衬底直接相连，快速的将热量传递到周围环境中。

来源：海飞乐技术

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：IGBT功率模块封装主要面临哪些问题?