功率模块基本结构

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雪消山水见精神，满眼东风送早春。再次祝大家新的一年牛气冲天，新的一年还望多多支持。半导体国产化的进程想必今年会有很大的进展，越来越多的应用也会更多地倾向于国产化。接下来的一段时间，我们来聊聊半导体功率模块那些事儿，一个不管何种半导体材料(传统Si，新兴SiC等第三代)都需要考虑的那些事儿。

今天我们先来从传统的功率模块基本结构分层图来说说其构成：

可见，我们前面聊的很多的半导体芯片，只是功率模块中的一部分，除此之外还包括其他的成分。而这些成分的选择和搭配，再结合半导体芯片的特性，将决定功率模块的整体性能。

❖功率半导体芯片：如IGBT、FRD、MOSFET等等，传统Si基和新兴的第三代半导体SiC等，它们的特性受制于其本身的设计，同时也需要看于其搭配的封装材料和技术；

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❖绝缘衬底：主要是由陶瓷或硅化合物构成的绝缘层，其上覆盖金、银和铜等构成的金属层；

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❖底板：一般由铜、铜合金、碳基强化混合物、碳化硅铝等构成；

❖互连材料：一般分为铅焊锡和无铅焊锡两类，当然也包含银烧结、固液互扩散连接等新兴技术；

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❖功率互连主要使用的是铝线键合，还包括压接式连接和功率端子连接；

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功率模块的每一层之间都是紧密相关的，它们具有不同的电气、机械及热性能，设计时需要考虑彼此之间的配合，同时也可以根据不同的应用场景产生不同的搭配组合。所以很多半导体模块的厂家会根据不同的应用需求来选择不同的材料。

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功率模块封装材料的选择一般会考虑下面几点：

★热特性

★电气特性

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★机械特性

★化学特性

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★成本

★技术成熟度

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其中，热性能是其最主要的因素。功率模块的选型和使用过程中考虑得最多的也是热，以及失效的最主要的因素也是热，所以热特性是功率模块选择的主要考虑因素。

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热应力：在温度循环和热疲劳测试中，加热过程中各层材料的热膨胀系数不同，将导致热应力的产生，如果超过某层材料的机械强度限制，将会产生失效；

热导率：功率模块在使用过程中，半导体芯片将会产生大量的热损耗，需要通过基板和底板等进行有效地传输散热，以保证芯片的结温能够控制在合适的范围之内。一般来说，较低的芯片结温能够延长模块的可靠性，结温没上升9℃，模块的失效概率将会增加一倍。

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所以，功率模块的设计，除了半导体芯片，其他组成也是一个需要精心选择和设计的重点。

接下来我们将分别介绍功率模块各层的材料，希望你们能够喜欢~

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