現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)和監(jiān)測方式極大地提高了Si基功率模塊工作的穩(wěn)定性。但面對SiC功率模塊的高頻率和高電壓的工況,現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)在封裝寄生參數(shù)和散熱能力方面均無法滿足需求。為解決現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)直接用于SiC模塊封裝存在的問題,新的封裝結(jié)構(gòu)被提出,如直接導線鍵合(DLB)、柔性封裝(FPC)和疊層封裝。因新封裝類型應用不廣泛,還未有針對性的失效監(jiān)測研究出現(xiàn)。
1、 DLB封裝
為了減小引線的接觸電阻和電感,Narazaki針對功率模塊提出DLB封裝結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)焊接型相比,其將MOSFET源極使用銅板引出,而不再使用鍵合線引出。2015年三菱電機推出的J1系列產(chǎn)品首次將該封裝結(jié)構(gòu)應用在車用IGBT功率模塊上。其測試表明,使用DLB封裝不僅使得鍵合電阻和電感的減小量超一半以上,而且使得IGBT功率模塊芯片溫度分布更加均勻。對比傳統(tǒng)鍵合和DLB封裝的IGBT功率模塊在短路故障下失效后殘余電阻的情況,就可以得出DLB封裝在短路故障下具有更好的失效模式。
2、柔性封裝
FPC具有良好的絕緣性能和電磁性能。賽米控(SEMIKRON)基于FPC提出了SKiN技術(shù),利用FPC代替引線鍵合。該封裝方式將雜散電感降低到1.4nH,實現(xiàn)了對雜散參數(shù)的有效控制。同樣使用聚酰亞胺作為絕緣隔離的封裝工藝有通用電氣的功率疊層封裝(POL)技術(shù)和西門子的平面互聯(lián)技術(shù)(SiPLIT)。這兩個封裝結(jié)構(gòu)均是通過激光燒蝕打孔和濺射的方式形成金屬層,建立電極連接。通過POL技術(shù)實現(xiàn)上表面的平坦,并利用微流道設計了雙面散熱的IGBT功率模塊,并得出流體流速與模塊熱阻的關(guān)系。
3、疊層封裝
參照壓接疊層的封裝方式,一些新的疊層封裝如雙面焊接、“模糊按鈕”和3D壓接封裝被提出。針對傳統(tǒng)封裝散熱性能差的問題,一些研究仿照單面焊接封裝的形式,在芯片頂部使用焊料和DBC進行電氣連接,提出了雙面焊接的封裝結(jié)構(gòu)。
為解決壓接封裝中壓力接觸的問題,浙江大學團隊提出了使用“模糊按鈕”(fuzz button)和低溫共燒陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic,LTCC)的壓接SiC封裝。以上封裝在寄生電參數(shù)和熱傳導方面進行了極大的改善,但都使用了多層材料堆疊的形式,因此仍然存在CTE不匹配帶來的電熱力疲勞問題。