引言

　　目前，正在投入使用的功率模塊中有4%是用在汽車應用中。未來幾年，這個市場預計將每年增長20%，令人印象深刻。應用可能性是巨大的，用于混合動力和電力驅動的逆變器已經可以在貨車、巴士和農用車以及汽車和賽車應用中見到其蹤影。由于不同的應用領域有著不同的需求，所有情況下的主要關注點是為功率模塊開發可靠的封裝技術。如今最普遍的封裝解決方案是有基板和無基板的焊接模塊，以及最近采用燒結技術的無基板模塊。這些封裝技術有著不同的優點和缺點，這就是為什么使用壽命設計要求就混合動力和電動汽車應用的要求評估這些技術。例如在冷卻水循環下，變化的環境溫度是被動熱循環的原因。此外，功率半導體中產生的功率損耗產生短暫的（5～20s）t=40℃～60℃的溫升。這里，功率半導體被從70℃的冷卻水溫度加熱到超過110℃～130℃，之后它們又回落到冷卻水溫度。由于所使用的材料有著不同的熱膨脹系數，因此每一次的溫度變化都會導致機械應力的產生。這是導致焊接和鍵合連接中材料疲勞的原因，并最終導致組件出現故障。

避免焊接連接

　　在采用壓接技術的無基板模塊中，有幾種途徑可用于提高模塊的可靠性。通過不斷避免焊接連接，焊接疲勞——這一功率模塊的主要故障機理——是可以完全消除的。這里，芯片和絕緣dbc陶瓷基板上的焊接連接被一個高度穩定的燒結層所取代，采用壓接技術進行導電連接。去除基板有許多好處：首先，可以減小模塊與散熱器之間導熱涂層的厚度。導熱涂層是功率模塊中影響總熱阻的主要因素之一，這就是為什么要用盡可能薄的導熱涂層的原因。在有基板模塊中，需要一個75～150μm的導熱涂層以彌補基板的彎曲。在無基板模塊中，要主要需要處理的問題是如何對散熱片和dbc陶瓷基板表面的粗糙度進行補償，這就是為什么一個20～30μm的導熱涂層是足夠的。去除基板意味著去掉了一個導致熱應力的主要因素。

　　焊點的去除消除了焊料疲勞，這一功率模塊中常見的故障機制。基板的去除也消除了大部分的熱應力。40℃/125℃的加速被動熱沖擊測試表明，溫度傳導應力被有效地被減少了，可靠性大大增加：在無基板燒結模塊情況下，可能的熱沖擊次數增加了15倍。去除焊接互連和基板的進一步優勢在于，有基板模塊中，焊接dbc基板的面積應減小到最低限度以減少焊點材料的疲勞；這里，基板的高導熱確保了所需的熱傳播。相比之下，設計無基板模塊時，dbc基板的面積就可以更大了，如圖1所示。