独特封装技术提升功率模块性能

赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理 刘义享

功率器件和模块的应用范围非常广泛，尤其是在节能领域，例如工业或家用电器的变频器、电动汽车和混合动力汽车的驱动器以及风力发电装置的变流器等都会用到功率器件和模块。当前，功率模块在节能领域的应用是赛米控关注的重点。
无论是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车都需要配置了功率模块的驱动器，半导体厂家针对这些新能源汽车的需求推出了相应的功率器件和功率模块，目前混合动力汽车的功率器件多为IGBT，用以满足高电压、大功率的需求。事实上，传统汽车上车载逆变器里面也会用到功率晶体管，将电瓶的12V电转换成220V的家用电，一般是采用分立器件封装，赛米控强势的产品在于电动机驱动部分的IGBT功率模块。
混合动力汽车和电动汽车对功率器件和模块的品质也提出了新的要求。首先，在启动阶段需要输出很大的扭矩；其次，要求功率器件和模块能够适应恶劣的环境，尤其是高温环境。另外，还要求功率器件和模块的可靠性非常高，尤其是混合动力汽车，由于需要经常启动、切换，因此对功率循环的能力要求非常高。
赛米控功率模块产品的主要优势在于采用了独特的封装技术，这主要体现在无焊接的压接技术、无铜底板技术以及烧结技术等。无焊接压接触点技术因其高功率循环能力以及无焊接疲劳和抗震强而成为具有很强竞争力的电力电子模块解决方案。同时，赛米控还采用了无铜底板的封装技术。由于存在热膨胀系数(CTE)差异，带底板的焊接式功率模块的功率循环能力在较高运行温度下会大幅度地下降，同时DBC和底板之间存在大面积的焊接连接，该连接在被动温度循环中大多存在热应力现象。功率模块失效的主要机理之一是焊料疲劳和热膨胀导致的机械应力，这会导致热阻增加和早期模块故障。温度变化得越大，进入疲劳状态越快。在无铜底板和采用无焊接压力接触式模块中，就恰好消除了这一弊端。作为这一问题的解决方案，赛米控早在17年前就开发了SKiiP技术，用以支持一个无基板的压接系统。该系统消除了大面积的焊接连接，取而代之的是压力连接。当前，赛米控根据汽车市场的要求对新SKiM汽车模块概念做了进一步改进，以确保模块的有效、可靠和耐用。此外，赛米控功率模块的控制信号可以通过弹簧输入，一方面利用弹簧的柔韧性增强了抗振的能力，同时也避免了焊接疲劳。