功率模塊開篇

雪消山水見精神，滿眼東風送早春。再次祝大家新的一年牛氣沖天，新的一年還望多多支持。半導體國產化的進程想必今年會有很大的進展，越來越多的應用也會更多地傾向于國產化。接下來的一段時間，我們來聊聊半導體功率模塊那些事兒，一個不管何種半導體材料(傳統(tǒng)Si，新興SiC等第三代)都需要考慮的那些事兒。

今天我們先來從傳統(tǒng)的功率模塊基本結構分層圖來說說其構成：

可見，我們前面聊的很多的半導體芯片，只是功率模塊中的一部分，除此之外還包括其他的成分。而這些成分的選擇和搭配，再結合半導體芯片的特性，將決定功率模塊的整體性能。

?功率半導體芯片：如IGBT、FRD、MOSFET等等，傳統(tǒng)Si基和新興的第三代半導體SiC等，它們的特性受制于其本身的設計，同時也需要看于其搭配的封裝材料和技術；

?絕緣襯底：主要是由陶瓷或硅化合物構成的絕緣層，其上覆蓋金、銀和銅等構成的金屬層；

?底板：一般由銅、銅合金、碳基強化混合物、碳化硅鋁等構成；

?互連材料：一般分為鉛焊錫和無鉛焊錫兩類，當然也包含銀燒結、固液互擴散連接等新興技術；

?功率互連主要使用的是鋁線鍵合，還包括壓接式連接和功率端子連接；

功率模塊的每一層之間都是緊密相關的，它們具有不同的電氣、機械及熱性能，設計時需要考慮彼此之間的配合，同時也可以根據(jù)不同的應用場景產生不同的搭配組合。所以很多半導體模塊的廠家會根據(jù)不同的應用需求來選擇不同的材料。

功率模塊封裝材料的選擇一般會考慮下面幾點：

★熱特性

★電氣特性

★機械特性

★化學特性

★成本

★技術成熟度

其中，熱性能是其最主要的因素。功率模塊的選型和使用過程中考慮得最多的也是熱，以及失效的最主要的因素也是熱，所以熱特性是功率模塊選擇的主要考慮因素。

熱應力：在溫度循環(huán)和熱疲勞測試中，加熱過程中各層材料的熱膨脹系數(shù)不同，將導致熱應力的產生，如果超過某層材料的機械強度限制，將會產生失效；

熱導率：功率模塊在使用過程中，半導體芯片將會產生大量的熱損耗，需要通過基板和底板等進行有效地傳輸散熱，以保證芯片的結溫能夠控制在合適的范圍之內。一般來說，較低的芯片結溫能夠延長模塊的可靠性，結溫沒上升9℃，模塊的失效概率將會增加一倍。

所以，功率模塊的設計，除了半導體芯片，其他組成也是一個需要精心選擇和設計的重點。

接下來我們將分別介紹功率模塊各層的材料，希望你們能夠喜歡~