功率模塊的散熱及可靠性改進(jìn)

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功率模塊，比如IGBT模塊，其基本結(jié)構(gòu)就是在銅基板上焊接陶瓷絕緣基板，然后將裸芯片在焊接在陶瓷基板上面的銅布線上，然后通過(guò)鋁Bonding線連接各部分構(gòu)成回路。這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)于SiC模塊也是類似的，具有可參照性。

眾所周知，當(dāng)功率模塊施加電信號(hào)產(chǎn)生損耗及發(fā)熱，那么其散熱條件將決定模塊的可靠性及壽命，同時(shí)高低溫溫度循環(huán)是電力電子裝置普遍的測(cè)試工況，這會(huì)導(dǎo)致模塊內(nèi)部不同膨漲系數(shù)的材料之間的機(jī)械應(yīng)力，那么如何改善呢?

* M. @6 Z  y% c, U第一，通過(guò)改進(jìn)工藝，優(yōu)化功率芯片本身的損耗，壓降及高溫漏電流等，減小產(chǎn)生熱應(yīng)力的源，這一點(diǎn)不多說(shuō)。

第二，陶瓷絕緣基板在系統(tǒng)中起到絕緣和散熱的作用，其熱阻影響到芯片的熱向基板及外殼散發(fā)的能力，所以應(yīng)選擇更低熱阻的材料，及避免熱膨脹應(yīng)力導(dǎo)致的損壞，如高溫下基板連接的焊錫的應(yīng)力，選擇機(jī)械強(qiáng)度高的材料，AlN材料就比Al2O3材料具有更好的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步改進(jìn)AlN的材料陶瓷基板的特性及燒結(jié)條件有利于改善功率模塊的散熱及可靠性。如下圖所示。
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第三，要使得功率模塊具有高溫運(yùn)行能力，硅凝膠的高溫可靠性必須要得到保證，因?yàn)闇囟仍礁撸�其壽命越低，可以通過(guò)在高溫下，比如200C下放置2000小時(shí)看是否出現(xiàn)裂紋來(lái)檢驗(yàn)，所以有必要改進(jìn)硅凝膠特性以提高其壽命。需要確保它的高溫175C的壽命在10年以上。
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第四，功率模塊經(jīng)常會(huì)進(jìn)行熱應(yīng)力試驗(yàn)，比如高低溫循環(huán)，通過(guò)改善內(nèi)部Bonding線的特性，如優(yōu)化其直徑，長(zhǎng)度等特性，改進(jìn)與之連接的焊錫的強(qiáng)度等 都可以很好的改善功率模塊的高溫可靠性。
參考資料:來(lái)自于公共網(wǎng)絡(luò)。

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