IGBT功率器件內部的溫度變化不僅與自身產生的熱量有關，還受周圍工作環境的影響，當內部溫度升高到一定程度時，發熱功率逐漸升高，進一步影響器件內部溫度，形成惡性循環，使得器件壽命縮短。IGBT 模塊主要由芯片、芯片焊料層、上銅層、襯板、下銅層、DBC 焊料層和基板構成，其中兩個銅層和襯板共同構成了 DBC 層，各層材料及其屬性各不相同。當器件工作時產生功率損耗，各地方溫度分布變化，由于 IGBT模塊各層材料的熱膨脹系數不同，器件在交變的溫度沖擊下產生交變的熱應力，導致熱阻增加，結溫升高且升高速率加快，嚴重時會造成焊料層開裂，溫度進一步升高，直至器件徹底失效。由溫度沖擊引起的失效形式主要分為焊料層的疲勞失效以及鍵合線脫落、斷裂失效。

在IGBT安裝工藝中，導熱硅脂的涂敷被廣泛使用，導熱硅脂涂敷在散熱器與IGBT基板之間，用于填補IGBT與散熱器接觸的空隙，進而增加散熱器與IGBT的熱交換效率， 提升IGBT散熱效果，改善IGBT的使用可靠性和使用壽命， IGBT的安裝工藝又決定了IGBT與散熱器之間的接觸情況，與導熱硅脂的涂敷密切相關。因此，導熱硅脂的涂敷效果受很多因素的影響，例如，導熱硅脂涂敷厚度、絲網網格分布不適合、緊固力矩大小等。盡管導熱硅脂可以提高傳熱能力，但熱阻依然很大，如何降低熱阻，提高產品穩定性，需要進一步優化散熱方案。

為解決導熱硅脂的涂敷對IGBT模塊散熱不足的影響，翠展微電子提出了一個創新解決方案，將DBC 直接焊接或燒結在散熱器上，使用一些銅鋁復合的材料，以及鋁鍍鎳等材料，去除了傳統的銅底板和導熱硅脂兩個封裝界面，可大大降低熱阻，與傳統方案相比，熱阻降低30%到40%，同時能夠減少重量、降低成本，提高生產的可靠性。

在此基礎上，翠展微電子提出了一體化逆變磚模塊結構，將IGBT模塊直接焊接或燒結在散熱器上面，大大的降低了熱阻；母線電容與IGBT的端子采用疊層母排激光焊接；降低了寄生電感；把驅動封裝到模塊上端，取消模塊的上蓋結構；在模塊上集成電流采集，下一步還將在芯片上面集成電流采集。

在HP1模塊上，翠展微電子針對型號為750V/400A的模塊進行了研究和測試，通過仿真分析對比，銅底板從1mm增加到5mm后，對結溫的溫升有非常好的效果，因為銅的導熱系數是鋁的接近 3 倍，所以增加銅的用量會降低結溫，但是銅的增加會增加成本。對比同樣采用3mm銅底板的一體式焊接和傳統的涂抹導熱硅脂模塊，一體式焊接模塊溫升降低了接近10℃。

根據臺架測試，采用一體化工藝，模塊的結溫降低11℃，成本大幅度降低，重量實現了降低，且生產效率更高。目前翠展微電子已經陸續在 HP1、 DC6、HPD、TPAK的封裝上進行了一系列的研究。

來源：愛集微