第3代宽禁带功率半导体模块封装形式与模块清洗介绍

随着新兴战略产业的发展对第3代宽禁带功率半导体碳化硅材料和芯片的应用需求，国内外模块封装技术也得到迅速发展，追求低杂散参数、小尺寸的封装技术成为封装的密切关注点，国内外科研团队和半导体产业设计了结构各异的高性能功率模块，提升了SiC基控制器的性能。

（1） 传统封装：Wolfspeed、Rohm和Semikron等制造商大多延用传统Si基封装方式，功率等级较低，含有金属键合线，杂散电感较大。

（2） DBC+PCB混合封装：Cha等［16］和Seal等［17］把DBC和PCB板进行整合，通过键合线连接芯片和PCB板，研创出DBC+PCB混合封装。实现了直接在PCB层间控制换流回路，缩减换流路径来减小寄生电感。

（3） SKiN封装：德国Semikron公司采用纳米银烧结和SKiN布线技术，采用柔性 PCB板取代键合线实现芯片的上下表面电气连接，模块内部回路寄生电感仅为1.5 nH［18］。

（4） 平面互连封装：通过消除金属键合线，将电流回路从DBC板平面布局拓展到芯片上下平面的层间布局，显著减小了回路面积，降低了杂散电感参数，如Silicon Power公司采用端子直连（DLB）［19］、IR的Cu-Clip IGBT［20］和Siemens的SiPLIT技术［21］等。

（5） 双面焊接（烧结）封装：在功率芯片两侧焊接DBC散热基板，为芯片上下表面提供散热通道；或者使用银烧结技术将芯片一面焊接DBC，另一面连接铝片。双面散热既能优化基板边缘场强，还能够降低电磁干扰（EMI），减小桥臂中点的对地寄生电容，使其具有损耗低、热性能好、制造成本低等优点。橡树岭实验室、中车时代电气、天津大学和CPES等可以将寄生电感降低至5 nH。同时，铜烧结作为一种更低成本的芯片连接方案更被视为是未来几年的研究热点。目前双面散热技术主要应用在新能源电动车内部模块［22-23］。

（6） 压接封装：压接型器件各层组件界面间依靠压力接触实现电热传导，分为凸台式和弹簧式两类。与焊接型器件相比，压接封装结构模块具有高功率密度、双面散热、低通态损耗、抗冲击能力强、耐失效短路和易于串联等优点［24］，而且采用数量较少的压接型模块便可满足换流时电压等级和容量需求［25］，但由于密封等要求多采用LTCC陶瓷设计，成本较高，且压接封装结构复杂，目前只用于高压模块的制造，具有一定的应用市场。但离汽车领域的实际应用尚有一定的差距。

（7） 三维（3D）封装：Tokuyama等［26］和Herbsommer等［27］将SiC模块的上桥臂直接叠加在下桥臂上，由于SiC模块的结构是垂直型的，可以大幅缩短换流回路的物理长度，以进一步减少与di/dt相关的问题。目前该封装技术最大的优势是可以将模块寄生电感降至1 nH以下。还有将电压波动最大的端子放置在三维夹心结构的中间，使端子与散热器之间的寄生电容急剧降低［28］，进而抑制了电磁干扰噪声［29］。

功率模块的典型封装结构剖面图如图1所示。

IGBT功率模块清洗

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