近幾十年來(lái)，以新發(fā)展起來(lái)的第3代寬禁帶功率半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC）為基礎(chǔ)的功率半導(dǎo)體器件，憑借其優(yōu)異的性能備受人們關(guān)注。SiC與第1代半導(dǎo)體材料硅（Si）、鍺（Ge）和第2代半導(dǎo)體材料砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）、GaAsAl、GaAsP 等化合物相比，其禁帶寬度更寬，耐高溫特性更強(qiáng)，開(kāi)關(guān)頻率更高，損耗更低，穩(wěn)定性更好，被廣泛應(yīng)用于替代硅基材料或硅基材料難以適應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合。

（1）禁帶寬度更寬：SiC 的禁帶寬度比Si高3倍以上，使其能耐受的擊穿場(chǎng)強(qiáng)更高（臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si基的10倍以上），故器件能承受的峰值電壓更高、能輸出的功率更大。相同電壓等級(jí)下，SiC功率半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)可以做得更薄，可使整體功率模塊的尺寸更小，極大地提高了整個(gè)功率模塊的功率密度。另外，導(dǎo)通電阻R on 與擊穿場(chǎng)強(qiáng)的三次方成反比例關(guān)系，耐擊穿場(chǎng)強(qiáng)的能力高，導(dǎo)通電阻小，減小了器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中的導(dǎo)通損耗，提升了功率模塊的效率。

（2）耐溫更高：可以廣泛地應(yīng)用于溫度超過(guò)600 ℃的高溫工況下，而Si基器件在600 ℃左右時(shí)，由于超過(guò)其耐熱能力而失去阻斷作用。碳化硅極大提高了功率器件的耐高溫特性。

（3）熱導(dǎo)率更高：SiC器件的熱導(dǎo)率比Si高3倍以上，高導(dǎo)熱率提升了器件和功率模塊的散熱能力，減低了對(duì)散熱系統(tǒng)的要求，有利于提高功率模塊的功率密度。

（4）載流子飽和速率更高：SiC與Si相比，其載流子飽和速率要高10倍以上，而SiC器件的開(kāi)關(guān)頻率是Si基IGBT的5~10倍，增強(qiáng)了器件的高頻能力。SiC器件不僅導(dǎo)通電阻R on 小，而且開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗也低，提升了功率模塊的高頻性能。

（5）臨界位移能力更高：不僅SiC的臨界位移能力比Si高2倍以上，而且SiC器件對(duì)輻射的穩(wěn)定性比Si基高10~100倍，SiC基器件具備更高的抗電磁沖擊和抗輻射破壞的能力。適合用于制作耐高溫抗輻射的大功率微波器件。

然而，現(xiàn)有的封裝技術(shù)大多都是沿用Si基器件的類(lèi)似封裝，要充分發(fā)揮碳化硅的以上性能還有諸多關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決。

由于SiC器件的高頻特性，結(jié)電容小，柵極電荷低，開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓和電流的變化率極大，寄生電感在極大的 di/dt下，極易產(chǎn)生電壓過(guò)沖和振蕩現(xiàn)象，造成器件電壓應(yīng)力、損耗的增加和電磁干擾問(wèn)題。

關(guān)于在高溫、嚴(yán)寒等極端條件下可靠性急劇下降等問(wèn)題，急需尋求適應(yīng)不同工況的連接材料和封裝工藝，滿足不同封裝形式的熱特性要求。針對(duì)模塊內(nèi)部互擾、多面散熱、大容量串并聯(lián)、制造成本和難度等問(wèn)題，適當(dāng)減少熱界面層數(shù)，縮減模塊體積，提升功率密度和多功能集成是未來(lái)的趨勢(shì)。采用先進(jìn)散熱技術(shù)、加壓燒結(jié)工藝，設(shè)計(jì)功率半導(dǎo)體芯片一體化，優(yōu)化多芯片布局等方式，起著一定的關(guān)鍵作用。

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)不同封裝技術(shù)，用于提升模塊性能，降低雜散參數(shù)，增強(qiáng)高溫可靠性。

美國(guó) Wolfspeed 公司研發(fā)出結(jié)溫超過(guò) 225 ℃的高溫SiC功率模塊，并將功率模塊的寄生電感降低到5 nH。美國(guó)GE公司的全球研究中心設(shè)計(jì)了一種疊層母線結(jié)構(gòu)，構(gòu)造與模塊重疊并聯(lián)的傳導(dǎo)路徑，使回路電感降至4. 5 nH。德國(guó)賽米控公司采用納米銀燒結(jié)和SKiN布線技術(shù)，研發(fā)出SiC功率模塊的高溫、低感封裝方法。德國(guó)英飛凌公司采用壓接連接技術(shù)，研制出高壓 SiC 功率模塊。德國(guó)Fraunholfer 研究所采用 3D 集成技術(shù)研制出高溫（200 ℃）、低感（≤1 nH）SiC功率模塊。瑞士ABB公司采用3D封裝布局，研制出大功率低感SiC功率模塊。瑞士ETH采用緊湊化設(shè)計(jì)，優(yōu)化功率回路，研制出寄生電感≤1 nH 的低電感 SiC 功率模塊。日本尼桑公司基于雙層直接敷銅板（direct bonded copper，DBC）封裝，研制出低感 SiC 功率模塊，應(yīng)用于車(chē)用電機(jī)控制器。

上述碳化硅的優(yōu)良特性，只有通過(guò)模塊封裝布局的可靠性設(shè)計(jì)、封裝材料的選型、參數(shù)的優(yōu)化、信號(hào)的高效和封裝工藝的改善，才能得以充分發(fā)揮。

本文中重點(diǎn)聚焦典型封裝結(jié)構(gòu)下，低雜散參數(shù)、雙面散熱模塊下緩沖層的影響和功率模塊失效機(jī)理等關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容的梳理總結(jié)，最后展望了未來(lái)加壓燒結(jié)封裝技術(shù)和材料的發(fā)展。