碳化硅模塊使用燒結(jié)銀雙面散熱DSC封裝的優(yōu)勢(shì)與實(shí)現(xiàn)方法

新能源車(chē)的大多數(shù)較先進(jìn) (SOTA) 電動(dòng)汽車(chē)的牽引逆變器體積功率密度范圍從基于 SSC-IGBT 的逆變器的 <10 kW/L 到基于 SSC-SiC 的逆變器的約 25 kW/L。100 kW/L 代表了這一關(guān)鍵指標(biāo)的巨大飛躍。

當(dāng)然，隨著新能源車(chē)碳化硅的廣泛應(yīng)用，散熱問(wèn)題成為制約發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，雙面散熱方案被提到日程上來(lái)了。

一 碳化硅雙面散熱的優(yōu)勢(shì)

雙面散熱 SiC 模塊方面所做的工作，與傳統(tǒng)的相比，該模塊可以顯示牽引逆變器性能的巨大改進(jìn)單側(cè)冷卻模塊。利用雙面散熱模塊改進(jìn)的性能，可以顯著減少SiC芯片數(shù)量，從而帶來(lái)功率密度和成本優(yōu)勢(shì)。

1碳化硅芯片數(shù)量減少：從24顆減少到12顆或者16顆；

2熱阻降低30% 以上；

3電感降低70%：由于不使用銅鍵合線(xiàn)；

4面積縮小50%；

5綜合以上因素，可以提高接近40%的功率密度。

二  碳化硅雙面散熱的實(shí)現(xiàn)方法

碳化硅雙面散熱 DSC來(lái)說(shuō)，碳化硅芯片通常夾在兩個(gè)導(dǎo)電導(dǎo)熱基板之間。以前的頂部連接方法使用覆蓋器件區(qū)域一部分的短金屬柱，已經(jīng)嘗試了許多材料用于金屬柱，例如銅、鉬等材料。

對(duì)于背面芯片來(lái)說(shuō)，燒結(jié)銀AS9377比焊接有在連接方面有優(yōu)勢(shì)，無(wú)壓燒結(jié)銀形成的致密銀層具有更高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及更高的可靠性。使用無(wú)壓燒結(jié)銀膏的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是：頂部接觸的散熱系統(tǒng)形成過(guò)程中很容易變形，從而適應(yīng)幾何變化，例如基板厚度的差異。

與用于芯片連接的其他焊料相比，燒結(jié)銀的許多優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在也轉(zhuǎn)移到了頂部連接，以及低彈性模量的優(yōu)點(diǎn)，因此比銅或鉬柱有更低的機(jī)電應(yīng)力。

三用于碳化硅芯片焊接的無(wú)壓納米燒結(jié)銀

燒結(jié)銀AS9377在 260°C 或更低的溫度下使用固態(tài)擴(kuò)散，可以在沒(méi)有壓力輔助的情況下達(dá)到高達(dá)50MPA的剪切強(qiáng)度和280W/M.K的導(dǎo)熱率。

銀燒結(jié)比傳統(tǒng)焊接方法具有多種優(yōu)勢(shì)。比如低溫固化高溫服役；導(dǎo)熱系數(shù)高；剪切強(qiáng)度大；環(huán)保無(wú)鉛；性能可靠等優(yōu)勢(shì)。

結(jié)論

雙面散熱的功率模塊封裝的創(chuàng)新可以提高功率密度并減少 SiC 和等材料，從而在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更低的成本和更可持續(xù)的功率轉(zhuǎn)換。

本文介紹的使用無(wú)壓燒結(jié)銀AS9377的創(chuàng)新的碳化硅雙面散熱 DSC 方法可以成為用于提高電動(dòng)汽車(chē)性能的眾多解決方案之一。