功率模块的散热及可靠性改进

功率模块，比如IGBT模块，其基本结构就是在铜基板上焊接陶瓷绝缘基板，然后将裸芯片在焊接在陶瓷基板上面的铜布线上，然后通过铝Bonding线连接各部分构成回路。这个结构对于SiC模块也是类似的，具有可参照性。

众所周知，当功率模块施加电信号产生损耗及发热，那么其散热条件将决定模块的可靠性及寿命，同时高低温温度循环是电力电子装置普遍的测试工况，这会导致模块内部不同膨涨系数的材料之间的机械应力，那么如何改善呢?

第一，通过改进工艺，优化功率芯片本身的损耗，压降及高温漏电流等，减小产生热应力的源，这一点不多说。

第二，陶瓷绝缘基板在系统中起到绝缘和散热的作用，其热阻影响到芯片的热向基板及外壳散发的能力，所以应选择更低热阻的材料，及避免热膨胀应力导致的损坏，如高温下基板连接的焊锡的应力，选择机械强度高的材料，AlN材料就比Al2O3材料具有更好的优势，进一步改进AlN的材料陶瓷基板的特性及烧结条件有利于改善功率模块的散热及可靠性。如下图所示。

第三，要使得功率模块具有高温运行能力，硅凝胶的高温可靠性必须要得到保证，因为温度越高，其寿命越低，可以通过在高温下，比如200C下放置2000小时看是否出现裂纹来检验，所以有必要改进硅凝胶特性以提高其寿命。需要确保它的高温175C的寿命在10年以上。