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國外有個工程師開發(fā)了一種雙面陶瓷功率半導(dǎo)體模塊基板，是用于更有效地冷卻電動汽車設(shè)計中的碳化硅功率器件。

在陶瓷板模塊通過提供更有效的冷卻來顯著減小驅(qū)動逆變器的尺寸，并在陶瓷基板形成時允許在陶瓷基板內(nèi)進(jìn)行垂直互連，從而進(jìn)一步減小尺寸并提高電氣性能。

雖然在開發(fā)該模塊集成系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)高級電源模塊中，經(jīng)典模塊的頂部是帶有陶瓷基板的Sic器件，但如今我們現(xiàn)在有了使用集成冷卻的陶瓷板冷卻構(gòu)建功率模塊的新可能性。

我們在有可能將冷卻器的背面用于電容器或端子，就是可以從頂部到底部的連接，或者我們可以讓電線穿過陶瓷板本身以進(jìn)行背面金屬化，這為我們提供了低電感，就是因為電容器更靠近半導(dǎo)體器件。

工程師將用于半橋轉(zhuǎn)換器的碳化硅功率器件，可以直接安裝在由項目開發(fā)的氮化鋁陶瓷基板制成上，該陶瓷的熱特性超過170W/mk。冷卻器上陶瓷板是直接金屬化的，因此您不需要中間層，這意味著您可以將熱阻減半，這就是一個很大的優(yōu)勢，具有更好的熱性能、更輕的重量和更小的空間。

使用陶瓷基板可以構(gòu)建內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，例如作為針翅結(jié)構(gòu)，并且電連接可以在基板外部運行或包含在其中，這將使用通過不在 SiC 器件下方的 pin 鰭的連接上。針對傳統(tǒng)冷卻的單面基板進(jìn)行測試熱阻減半。

在散熱片上的芯片設(shè)計中也被應(yīng)用于帶有集成冷卻器陶瓷基板的新型Sic功率模塊，在冷卻器由兩側(cè)鍍銅的液流氮化鋁冷卻器和優(yōu)化的針翅結(jié)構(gòu)組成。散熱器尺寸為 48 x 36 mm，厚度為 3.6 mm（包括金屬鍍層），重量為 10 g。

帶有典型底板的冷卻器重 60 克，因此冷卻器本身的重量大大減輕。在機械應(yīng)力可能是由加壓燒結(jié)工藝引起的，因此我們對芯片下方的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究，模擬了作用在陶瓷上的壓力。所以芯片下方的結(jié)構(gòu)都非常相似，因此在10 MPa壓力燒結(jié)過程中存在相同的機械壓力，在20 MPa的壓力對于陶瓷基板冷卻器來說不是問題，而且從我們的剪切測試來看，金屬化層的接觸良好。

在采用針翅式陶瓷冷卻器的功率模塊從芯片到冷卻器的熱阻為0.15 K cm2/W，將三個模塊并聯(lián)用于典型的動力傳動系統(tǒng)逆變器設(shè)計，冷卻液流量為7.5升/分鐘，壓降為200 mbar與傳統(tǒng)冷卻器相當(dāng)。

基于陶瓷基板冷卻器技術(shù)構(gòu)建了一個非常有趣的功率模塊，我們已經(jīng)證明具有高熱性能和低電感以實現(xiàn)高開關(guān)性能。我們使用壓力輔助燒結(jié)技術(shù)構(gòu)建了一個帶有SiC器件的原型系統(tǒng)，芯片頂部有鍵合線，背面有電容器和直流和交流連接。所以我們現(xiàn)在正計劃對性能進(jìn)行其他演示和電氣測試。