功率模塊的散熱及可靠性改進

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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，然后通過鋁Bonding線連接各部分構(gòu)成回路。這個結(jié)構(gòu)對于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，同時高低溫溫度循環(huán)是電力電子裝置普遍的測試工況，這會導(dǎo)致模塊內(nèi)部不同膨漲系數(shù)的材料之間的機械應(yīng)力，那么如何改善呢?

7 F2 z" _7 Q( s1 t第一，通過改進工藝，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，這一點不多說。

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，選擇機械強度高的材料，AlN材料就比Al2O3材料具有更好的優(yōu)勢，進一步改進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。

9 U7 Z0 \; I2 x! \% o2 g8 Q2 `第三，要使得功率模塊具有高溫運行能力，硅凝膠的高溫可靠性必須要得到保證，因為溫度越高，其壽命越低，可以通過在高溫下，比如200C下放置2000小時看是否出現(xiàn)裂紋來檢驗，所以有必要改進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)常會進行熱應(yīng)力試驗，比如高低溫循環(huán)，通過改善內(nèi)部Bonding線的特性，如優(yōu)化其直徑，長度等特性，改進與之連接的焊錫的強度等 都可以很好的改善功率模塊的高溫可靠性。
參考資料:來自于公共網(wǎng)絡(luò)。

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