IGBT功率器件內(nèi)部的溫度變化不僅與自身產(chǎn)生的熱量有關(guān)，還受周圍工作環(huán)境的影響，當(dāng)內(nèi)部溫度升高到一定程度時(shí)，發(fā)熱功率逐漸升高，進(jìn)一步影響器件內(nèi)部溫度，形成惡性循環(huán)，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(gòu)成，其中兩個(gè)銅層和襯板共同構(gòu)成了 DBC 層，各層材料及其屬性各不相同。當(dāng)器件工作時(shí)產(chǎn)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(shù)不同，器件在交變的溫度沖擊下產(chǎn)生交變的熱應(yīng)力，導(dǎo)致熱阻增加，結(jié)溫升高且升高速率加快，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成焊料層開裂，溫度進(jìn)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(dǎo)熱硅脂的涂敷被廣泛使用，導(dǎo)熱硅脂涂敷在散熱器與IGBT基板之間，用于填補(bǔ)IGBT與散熱器接觸的空隙，進(jìn)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(dǎo)熱硅脂的涂敷密切相關(guān)。因此，導(dǎo)熱硅脂的涂敷效果受很多因素的影響，例如，導(dǎo)熱硅脂涂敷厚度、絲網(wǎng)網(wǎng)格分布不適合、緊固力矩大小等。盡管導(dǎo)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(chǎn)品穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步優(yōu)化散熱方案。

為解決導(dǎo)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(gè)創(chuàng)新解決方案，將DBC 直接焊接或燒結(jié)在散熱器上，使用一些銅鋁復(fù)合的材料，以及鋁鍍鎳等材料，去除了傳統(tǒng)的銅底板和導(dǎo)熱硅脂兩個(gè)封裝界面，可大大降低熱阻，與傳統(tǒng)方案相比，熱阻降低30%到40%，同時(shí)能夠減少重量、降低成本，提高生產(chǎn)的可靠性。

在此基礎(chǔ)上，翠展微電子提出了一體化逆變磚模塊結(jié)構(gòu)，將IGBT模塊直接焊接或燒結(jié)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(qū)動(dòng)封裝到模塊上端，取消模塊的上蓋結(jié)構(gòu)；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(jìn)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(jié)溫的溫升有非常好的效果，因?yàn)殂~的導(dǎo)熱系數(shù)是鋁的接近 3 倍，所以增加銅的用量會(huì)降低結(jié)溫，但是銅的增加會(huì)增加成本。對比同樣采用3mm銅底板的一體式焊接和傳統(tǒng)的涂抹導(dǎo)熱硅脂模塊，一體式焊接模塊溫升降低了接近10℃。

根據(jù)臺架測試，采用一體化工藝，模塊的結(jié)溫降低11℃，成本大幅度降低，重量實(shí)現(xiàn)了降低，且生產(chǎn)效率更高。目前翠展微電子已經(jīng)陸續(xù)在 HP1、 DC6、HPD、TPAK的封裝上進(jìn)行了一系列的研究。

來源：愛集微