作者：飛兆半導體Sergio Fissore

隨著市場對大功率應用的需求增長，功率電子產品封裝技術的發(fā)展呈現出新的發(fā)展趨勢，而汽車市場正是這一趨勢的強大推動力量。汽車內部各種功能不斷地電氣化（electrification），比如電動助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering）、起動機和發(fā)電機、空調、水泵乃至牽引電機驅動等，致使對功率的需求日益增加，因此需要能夠利用功率模塊而非分立式組件來實現的新型解決方案。雖然在理論上大功率逆變器和DC/DC轉換器均可以采用并聯分立式組件來設計，但在實際的實施卻存在著巨大的困難，因此設計人員必須尋找替代方案。將功率器件并聯不但會增加系統(tǒng)體積，而且較嚴重的是制造工藝的變異性會導致擴散性熱破壞。此外，并聯器件中存在電氣參數和熱阻抗的差異。

替代解決方案的目標是限制并聯器件的數量，或者采用功率模塊以避免器件并聯。替代方案還有助于解決功率器件并聯的若干其它限制問題，（例如本身晶元尺寸的限制）,散熱能力限制與安裝方法有關（散熱器上的夾子和貼片是利用夾片固定在散熱片，或利用散熱器上的導孔與PCB焊接等）。對于低壓應用，電流處理越來越多地受到封裝而非硅器件的限制。這是一種與過去不同的新現象，但由于技術的進步降低了導通阻抗，乃至芯片本身的電流處理能力，故限制因素開始向封裝轉移。這些器件與用于保護的熱敏電阻的熱耦合受限。其電路更復雜，導致寄生阻抗和電抗增加，從而使得 EMI 更高。此外，EMC 濾波器的功效也可能受限，因為它們無法放置在開關的正對面。

功率模塊具有的靈活性能夠克服或減少許多限制，并足以證明其物有所值。汽車效率的提高可以補償油價的攀升，這推動了對混合動力車輛（HEV）和電動車輛（EV）的需求。這些應用不但對功率電子的要求更嚴苛，而且還對上述分立式組件的諸多限制提出了挑戰(zhàn)。新的解決方案必須采用功率模塊，而傳統(tǒng)技術已不敷所用。近年來，大尺寸和大散熱量的要求已催生了功率模塊封裝技術的一次革命，推動了巨大的創(chuàng)新。這些新興的技術必須解決可靠性和成本方面的難題。

這些帶有特大尺寸器件的功率模塊需要更低的相關材料間熱膨脹系統(tǒng)（CTE）失配，需要全新的合金和焊接工藝，以提供出色的可靠性。大尺寸器件包含缺陷的可能性也越大，這會造成良率降低，單位面積價格上升。晶圓制造工藝必需不斷提升以進一步加強這種缺陷密度的能力。例如，如果每塊晶圓有10 個缺陷，且晶圓包含 10000 個器件，那么良率損耗為 0.1%；但若晶圓只包含 100 個大器件，良率損耗則為 10%，因此必須減少每塊晶圓上的平均缺陷數量。

對于這么大的器件，其在尺寸和成本方面的限制要求較高，所以在改進功率模塊的熱設計和電氣設計方面的投資無疑是正確的。硅器件的尺寸取決于它在較差工作條件下能夠耐受的較大溫度，因此，能夠提高熱傳輸性能、降低瞬間溫度峰值的封裝設計會變得越來越受歡迎。例如，同時具備電氣連接和散熱用途的雙面冷卻和互連技術將獲廣泛采用。

尋找新解決方案的動力將會持續(xù)一段時間，并將推動輕便的新材料、新基板(如AlN、SiN 以及通過采用納米技術增大導體厚度的厚膜基板）和新焊接技術的出現，從而進一步縮小尺寸，改善散熱性能，并增強可靠性。隨著HEV的數量不斷增多，規(guī)模經濟將大大降低這些新材料的成本，使其成為當今汽車應用更高成本效益的解決方案。