lpm逆变器

DSC双面散热封装技术的进化史——在功率模块中的应用

DSC双面散热封装技术在功率模块中的应用经历了从早期探索到逐步成熟、广泛应用的进化过程，不同阶段的关键技术突破推动了其性能、可靠性和成本优势的不断提升。

引线键合互连被50 μm厚、表面金属化的聚酰亚胺薄膜取代，封装高度降低50%，实现顶侧散热。

可承受高达2400 V的工作电压和200 W的功耗，被认为是双面散热的第一个发明。

利用表面钝化分离和限定MOSFET管芯上的源极焊盘和栅极焊盘，将铜盖施加到功率半导体器件顶面，实现与印刷电路板连接。

铜盖促进双面散热，无需额外散热片，不使用导热介质填充间隙即可通过空气强制散热。

在传统功率模块封装顶部添加环氧树脂和除热剂的封装层。

佛罗里达州立大学基于此概念构建基于1200V 25A IGBT的原型，报告显示该功率模块封装的热阻抗比传统器件降低20%。

功率半导体器件焊接在两个DBC基板之间，管芯集电极通过大面积焊接连接到下部DBC基板，上部栅极焊盘和发射极焊盘经由焊料凸块连接到上部DBC基板。

Fraunhofer模拟结果表明，实现双面冷却时，Rth可提高31 - 44%。

半导体器件夹在两块基板之间实现双面冷却。

模拟结果显示，每个散热器5 LPM时，双面冷却运行下的Rth为0.071 K/W，10 LPM时单面冷却下的Rth值为0.095 K/W，性能提高32%；实际测量发现，从单面冷却到双面冷却，稳态Rth提高30%。

由于可焊接前金属（SFM）较低的导通状态电压和较大的热交换面积，IGBT功率半导体器件的载流能力增加30%，裸片面积可潜在减少38%，或IGBT功率半导体器件的额定开关电流增加高达61%。

使用2毫米厚的铜板代替覆铜基板，用于300A 650V硅基IGBT功率模块封装，消除引线键合并提供额外冷却路径。

与传统引线键合IGBT功率模块相比，这种铜夹的无引线键合IGBT功率模块的循环次数增加260%。

顶部基板为聚酰亚胺的柔性印刷电路板，两侧印刷有金属线，用作与功率半导体器件顶面的互连。

功率半导体器件两侧与基板之间以及衬底与散热器之间的所有接合界面都通过银烧结连接，使器件能在比常规焊接连接器件更高的服役温度下工作。

结到环境的热阻Rth为0.44 K·cm2/W，比传统功率模块低35%，原因一是柔性电路板具有更高热导率，二是烧结银降低了横向温度梯度。

在10秒内将结从40 °C升高到150 °C，经受高达500 k的循环次数，而传统功率模块在20至40 k循环时会表现出明显疲劳，相对于传统功率模块设计几乎是200倍的改进。

采用高熔点的共晶合金将硅基IGBT功率半导体器件焊接在两块金属基复合材料（MMC）基板之间，形成双面冷却的压装式功率器件。

发射极和阳极的引线键合被完全取代，但栅极仍用引线键合连接。

测试表明，与具有相同尺寸的400 kW最先进的工业逆变器相比，芯片面积减少10%，而输出电流高出35%。

整个功率半导体器件涂覆有通过基于真空的层压工艺施加的柔软的基于环氧树脂的绝缘膜。

在保形沉积的绝缘层的通孔或开口上的铜电镀形成用于功率半导体器件的互连，铜镀层典型厚度为50 - 200 μm，具体取决于芯片额定电流和热阻抗要求。

功率模块封装的测量Rth为0.55 K/W，比传统铝引线键合功率模块封装的Rth低20%（传统铝线键合功率模块封装的Rth为0.69 K/W）。

在1200 V 100 A SiC功率模块中，空气流量为15 CFM时Rth可达到0.5 K/W，而单侧液冷功率模块的Rth也仅为0.6 - 1 K/W。

双面散热方案越来越受欢迎，越来越多的供应商和OEM正在采用这种优秀的封装技术。

目前的工作重点是利用平面互连、改进的材料、更新的工艺，使功率模块具有更好的性能、更高的可靠性和更低的成本。

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