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电力电子变换器宽禁带器件的功率模块封装与集成技术设计.docx
资料介绍
电力电子变换器宽禁带器件的功率模块封装与集成技术设计
1 引言
功率模块封装是宽禁带器件从芯片到应用的关键环节，封装技术直接影响器件的电气性能、热性能和可靠性。与传统Si器件相比，SiC和GaN器件的封装需要满足更高的温度要求、更低的寄生电感和更高的绝缘可靠性。SiC模块需要在175~200°C的结温下可靠工作，GaN模块需要在高频下保持低寄生电感。先进的封装技术如银烧结连接、AMB基板、双面散热封装和直接冷却封装，正在推动宽禁带器件模块的性能提升。本章将系统阐述宽禁带器件功率模块的封装材料、封装结构、互连技术和集成方法，为宽禁带器件模块封装设计提供系统指导。
2 封装材料
2.1 基板材料
宽禁带器件模块的基板需要承受高温和高电压应力。AMB-Si3N4基板，使用活性金属钎焊技术将铜箔与Si3N4陶瓷结合，Si3N4的导热系数约90 W/(m·K)，断裂韧性高，在高温功率循环中可靠性高，在SiC模块中应用广泛。AlN基板，导热系数高达170 W/(m·K)，但断裂韧性较低，在热循环条件下可能开裂，在温度变化较小的场合使用。
2.2 连接材料
宽禁带器件模块中的连接材料需要承受高温。银烧结，使用银微米颗粒在高温和压力下烧结成致密的银层，导热系数200~300 W/(m·K)，熔点>960°C，可承受SiC器件的高温工作，抗热疲劳性能优异。瞬态液相扩散连接（TLPB），在高温下形成高熔点金属间化合物，连接层熔点高，导热性能好，在高温应用中具有潜力。
2.3 灌封材料
宽禁带器件模块的灌封材料需要耐高温和高绝缘。硅凝胶，在200°C以下具有良好的绝缘性能和弹性，在高温下仍能保持机械性能，在SiC模块中广泛应用。高温灌封胶，在200°C以上使用，如环氧树脂和聚酰亚胺，但弹性较差，在热循环中可能产生应力。
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