器件封裝結(jié)構(gòu)散熱從鍵合線封裝和無鍵合線封裝的單面散熱到去鍵合線雙面散熱再到多面散熱，代表了功率器件封裝結(jié)構(gòu)散熱的發(fā)展趨勢，即從單一散熱路徑發(fā)展為多散熱路徑，這也是器件發(fā)展和用途需求倒逼器件封裝需要更優(yōu)異散熱性能的結(jié)果。高導(dǎo)熱封裝材料及連接工藝、去鍵合線連接、大面積面接觸、多散熱路徑同時縮短散熱路程、降低散熱路徑的熱阻等可能是未來高壓高溫大功率器件封裝應(yīng)具備的關(guān)鍵特征。

1.高導(dǎo)熱封裝材料和連接工藝

         對于功率器件封裝，要想獲得優(yōu)異的熱性能， 首先要采用高熱導(dǎo)率的封裝材料和先進連接工藝，使封裝各層材料及其連接層均有利于熱量的傳導(dǎo)。 通常，金屬和合金的熱膨脹系數(shù)與熱導(dǎo)率之間是相互矛盾的，但金屬基復(fù)合材料(MMCs)提供了一種很好的折中。AlSiC具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，且能夠很好地匹配DBC的熱膨脹，降低熱膨脹應(yīng)力和熱失效或者振動失效的風(fēng)險?；遄鳛楣β誓K的必要組成元素，起到提供電氣連接、高壓絕緣和熱耗散路徑的作用。理想的基板材料需要跟與其連接的其他元件間具有良好的熱膨脹匹配性、高熱導(dǎo)率、高抗彎強度以及高斷裂韌性。

         功率器件連接工藝通常有焊接和燒結(jié)連接兩種。焊接工藝采用焊料合金連接，燒結(jié)工藝通常采用納米銀和納米銅連接。焊料合金(如 SnPb 和 SnAgCu)是最常用的芯片和基板互連材料。但傳統(tǒng)焊料連接層熱導(dǎo)率通常較低，僅有幾十 W/(m·K)(表 6)。納米金屬燒結(jié)可實現(xiàn)封裝材料 間的高導(dǎo)熱連接，熱導(dǎo)率一般都在數(shù)百量級， 非常有利于熱量的傳導(dǎo)。目前，納米金屬燒結(jié)連 接仍處于研究階段，尚無法實現(xiàn)大面積燒結(jié)連接。

2.芯片面接觸連接

         鍵合線連接由于芯片引線鍵合及保障鍵合質(zhì)量可靠性和絕緣的需要，限制了通過該鍵合側(cè)安裝 熱沉散熱，僅具有單一散熱路徑。為改善散熱性能，取消鍵合線，以面接觸代替點接觸連接可增大電極引出部件與芯片的接觸面積，即增大芯片表面的散熱面積，是提高器件散熱能力的有效方式。同時也降低較小截面積的長導(dǎo)線鍵合帶來的回路寄生電感。

         采用平面互連實現(xiàn)芯片正面功率電極的 端子直連(direct lead bonding，DLB) ，其最大特點是將功率端子與芯片表面電極直接連接，相比于傳統(tǒng)引線鍵合的點接觸，該技術(shù)的電極端子與芯片表面互連面積更大，可有效降低寄生電感，提高互連可靠性。

3.增加散熱路徑

         傳統(tǒng)鍵合線連接器件僅具有單一散熱路徑，熱性能已達到其散熱極限，不能適應(yīng)更高功率密度的封裝要求。從散熱的角度，盡可能多的散熱路徑對于器件的散熱無疑是有利的。目前封裝材料的熱特性短期內(nèi)無法取得較大的改善，除現(xiàn)有芯片背面的導(dǎo)熱通路外，拓展新的散熱路徑， 將芯片正面作為另一條散熱通路。盡管由于芯片正面連接墊片等部件可能使得芯片上下兩側(cè)封裝結(jié)構(gòu)不對稱，通過芯片上表面熱通路的散熱量與芯片下表面熱通路的散熱量未必相同，但這種雙面散熱 能力可以大幅降低器件的熱阻，顯著提升器件的散熱性能。

4.縮短散熱路程

         封裝器件內(nèi)部芯片損耗產(chǎn)生的熱量主要通過熱傳導(dǎo)的方式將從結(jié)傳遞至器件封裝外殼。根據(jù)傳 熱學(xué)理論和熱量傳遞的規(guī)律，縮短熱流傳遞路徑上的距離，是降低芯片散熱路徑熱阻的有效方式之一。功率器件封裝是由多層結(jié)構(gòu)組成的，那么從縮短散熱路徑路程的角度，一是可以減薄封裝各層材料的厚度，二是減少封裝材料的層數(shù)。

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