富士電機(jī)開(kāi)發(fā)用于HEV的直接水冷式車載IGBT模塊

　　富士電機(jī)與日本山梨大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)出了小型輕量的直接水冷式車載IGBT模塊，并在功率半導(dǎo)體國(guó)際會(huì)議“ISPSD 2013”（2013年5月26～30日在日本石川縣金澤市召開(kāi)，日本電氣學(xué)會(huì)主辦）上發(fā)表了該模塊采用的技術(shù)。該模塊的耐壓為1200V，電流為500A，面積為320mm&TImes;170mm。據(jù)介紹，在海外，該模塊已被用于2012年底上市的混合動(dòng)力車（HEV），而在日本，將配備在預(yù)定2013年6月上市的HEV上。

　　原來(lái)的水冷式IGBT模塊是把IGBT芯片封裝在陶瓷基板上，在該基板下面配置名為“Base Plate”的金屬板，然后在該金屬板下面配置散熱片。而直接水冷式IGBT模塊省去了Base Plate，在散熱片上配置封裝有IGBT芯片的陶瓷基板，用水來(lái)冷卻散熱片。

　　其他公司也面向車載用途開(kāi)發(fā)了直接水冷式IGBT模塊，但此次開(kāi)發(fā)品的特點(diǎn)在于陶瓷基板使用Al2O3、散熱片使用鋁。競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品大多是陶瓷基板使用Si3N4、散熱片使用銅，或者陶瓷基板使用Al2O3、散熱片使用銅。

　　此次使用Al2O3的主要目的是降低熱阻，使IGBT模塊實(shí)現(xiàn)小型化。雖然Al2O3的導(dǎo)熱率比Si3N4低，但應(yīng)力承受力強(qiáng)，容易減薄，因此可降低熱阻。此外，陶瓷基板采用Al2O3時(shí)，還可加粗封裝在基板上的銅布線，可進(jìn)一步降低熱阻。憑借這些手段，與原來(lái)的水冷式相比，這種直接水冷式模塊將熱阻降低了約30％。

　　散熱片使用鋁主要是為了實(shí)現(xiàn)輕量化。但Al2O3與鋁的熱膨脹系數(shù)相差較大，熱循環(huán)時(shí)受到的應(yīng)力會(huì)增大。因此，此次改進(jìn)了Al2O3和鋁焊接時(shí)的焊錫材料。

　　該模塊使用錫銻（Sn-Sb）焊錫，研究小組使用成分比例不同的4種（Type1～4）錫銻焊錫，調(diào)查了發(fā)熱循環(huán)時(shí)焊錫出現(xiàn)裂紋的狀態(tài)，最終，實(shí)際采用了不易產(chǎn)生裂紋且容易用于制造工序的“Type3”，在-40℃至+105℃溫度范圍下進(jìn)行2000次熱循環(huán)試驗(yàn)也未出現(xiàn)裂痕。