碳化硅（SiC）功率器件封装：揭秘三大核心技术

在全球汽车电动化的浪潮下，汽车半导体领域的功率电子器件作为汽车电动化的核心部件，成为了车企和电机控制器Tire 1企业关注的热点。车用功率模块已从硅基IGBT为主的时代，开始逐步进入以碳化硅MOSFET为核心的发展阶段。碳化硅的禁带宽度约为硅基材料的3倍，临界击穿场强约为硅基材料的10倍，热导率约是硅基材料的3倍，电子饱和漂移速率约是硅基材料的2倍。碳化硅材料的耐高压、耐高温、高频特性相较于硅基器件能应用于更严苛的工况，可显著提高效率和功率密度，降低应用端的成本、体积和重量。

电动汽车行业发展至今，行业最关心的是续航里程。影响续航里程的因素有很多，包括电池容量、车身重量、电力系统的电能转化效率等。功率半导体是电能转换的核心，碳化硅功率器件比硅基器件有低导通损耗、高开关频率和高工作耐压等优势，能获得更高的系统电能转换效率，且在使得同等电量情况下，比使用硅基功率器件获得更多的续航里程。因此电动汽车对于碳化硅功率器件的应用需求日益凸显。在电动汽车中，碳化硅功率器件的应用主要为两个方向，一个用于电机驱动逆变器（电机控制器），另一个用于车载电源系统，主要包括：电源转换系统（车载DC/DC）、车载充电系统（OBC）、车载空调系统（PTC和空压机）等方面。

电动汽车整车系统中，动力电池的成本占比最高，约占整车成本的4-5成，在成本一定且电池技术路线确定的情况下，直接通过增加电池容量来提升续航里程的思路难以实现，在保证电池容量及技术路线不变的前提下，如何通过其他方法提升电能的转化效率，降低电能损耗，实现续航里程的提升，一直是行业在探索的问题。根据目前已知的行业数据，在电机控制器中用碳化硅MOS替换硅基IGBT后，会获得电机控制器的效率的提升，NEDC工况下，对电池续航的贡献提升在3%-8%之间，所以电控应用对碳化硅器件的需求最为迫切。同时，在国内新能源汽车市场大力推进适应高压快充技术的高压平台上，硅基IGBT应对起来就非常吃力，取而代之的是碳化硅MOS。这更加确定了碳化硅功率器件在下一代电控系统中的核心和不可替代性地位。近年来多家车企已开始全面采用碳化硅功率模块，特斯拉的Model 3和Model Y、比亚迪的汉、蔚来的ET5和ET7、小鹏的G9和G6等车型相继量产碳化硅电机控制器，整车的续航里程与加速性能都得到了显著的提升。

碳化硅肖特基二极管、SiC MOSFET 器件则主要应用于车载OBC、DC/DC、空调系统，主要影响充电效率和辅助系统用电效率、开关频率等。◎车载充电机（OBC）为电动汽车的高压直流电池组提供了从基础设施电网充电的关键功能，并决定了充电功率和效率的关键部件。电网中的交流电转换为直流电对电池进行充电， 碳化硅二极管及MOSFET器件则可用于车载充电机PFC和DC-DC次级整流环节，推动车载充电机向双向充放电、集成化、智能化、小型化、轻量化、高效率化等方向发展。◎电源转换系统DC/DC 是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器，实现车内高压电池和低压电瓶之间的功率转换，主要给车内低压用电器供电，如动力转向、水泵、车灯等。

 

随着整车智能化、电气化的发展，对DCDC的供电功率及安全性提出了更高的要求。◎车载空调系统中，在高压平台车型，因为快速充电所带来的电池包的热集聚，需要快速释放。当前的技术是采用车载空调系统为电池包散热，因此对于空压机和PTC的频率以及功率都有大幅提升的要求。而传统的硅基IGBT和MOS器件已无法满足，采用碳化硅MOS器件已势不可挡。当前，全球碳化硅产业格局呈现美、欧、日三足鼎立态势，碳化硅材料七成以上来自美国公司，欧洲拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件以及应用产业链，日本则在碳化硅芯片、模块和应用开发方面占据领先优势。中国目前已具备完整的碳化硅产业链，在材料制备和封测应用等部分环节具有国际竞争力。

 

目前排名在前几位均为国外公司，国内公司尚未形成一定市占率。而在新能源汽车领域，由于我国汽车电动化走在全球最前列，本土市场拉动正在成为国产半导体企业崛起的有利因素。现在，全球碳化硅企业都在积极开拓汽车市场，主要应用落地包括功率分立器件和功率模块。其中，碳化硅芯片的优良特性，需要通过封装与电路系统实现功率的高效、高可靠连接，才能得到完美展现。经过专业的设计和先进的封装工艺制作出来的碳化硅MOSFET功率模块，是目前电动汽车应用的主流趋势。目前新的设计SiC模块的设计方向是结构紧凑更紧凑，通过采用双面银烧结和铜线键合技术，以及氮化硅高性能AMB陶瓷板、用于液冷型铜基PinFin板、多信号监控的感应端子（焊接、压接兼容）设计，努力往低损耗、高阻断电压、低导通电阻、高电流密度、高可靠性等方向努力。通过好的设计和先进的工艺技术确保碳化硅MOSFET性能优势在设备中得到最大程度发挥。

更小的元胞尺寸、更低的比导通阻、更低的开关损耗、更好的栅氧保护是碳化硅MOSFET技术的主要发展趋势，体现在应用端上则是更好的性能和更高的可靠性。加之碳化硅器件的高功率密度、高结温特性、高频特性要求，也对现有封装技术提出更高的要求，目前中国的功率模块封装创新主要朝着如下几个方向在走：

 

●更先进的连接材料以及连接工艺，以承受更高的温度变化；功率模块中主要使用3种陶瓷覆铜板：AI2O3-DBC热阻最高，但是制造成本最低；AlN-DBC热阻最低，但韧性不好；Si3N4-AMB陶瓷材料热阻居中，韧性极好，热容参数也更出色，可靠性远超AlN和AI2O3，使得模块散热能力、电流能力、功率密度均能大幅提升，非常适合汽车级的碳化硅模块应用。

 

●更短的连接路径以及更先进的连接技术，以降低杂感来适应器件高频特性；银烧结是目前碳化硅模块领域最先进的焊接技术，可充分满足汽车级功率模块对高、低温使用场景的严苛要求。相较于传统锡焊技术，银烧结可实现零空洞，低温烧结高温服役，焊接层厚度减少60-70％，适合高温器件互连，电性能、热性能均优于锡焊料，电导率提高5-6倍，热导率提高3-4倍。很多企业已经尝试将功率模块内部中的所有传统焊料升级迭代为银烧结工艺，包括芯片，电阻，传感器等。为进一步提升模块电性能及可靠性，尝试的方向是采用DTS+TCB（Die Top System + Thick Cu Bonding）技术，在常温条件下通过超声焊接将粗铜线与AMB基板、及芯片表面的覆铜片进行键合连接，实现彼此间的电气互联。相较铝线键合，模块寿命可提升3倍以上，且电流和导热能力可大幅提升。

 

●更集成的封装结构设计以及电路拓扑，以进行更好的系统热管理；为使模块产品热路径设计更紧凑，促使逆变器系统集成设计更紧凑高效，进一步降低整体系统逆变器成本，通过封装形式的改变，改善散热性以及通流能力。采用多芯片并联的内部结构，各并联主回路和驱动回路参数基本一致，最大程度保证并联芯片的均流性。模块内部封装有温度传感器（PTC），且PTC安装在靠近芯片的模块中心位置，得到了一个紧密的热耦合，可方便精确地对模块温度进行测量。当前，新能源汽车产销两旺，汽车半导体产业正在成为全球集成电路行业发展的重要动力。功率半导体将成为单车成本最高的半导体，也是国内企业现阶段最有可能实现突破的汽车半导体领域，而碳化硅已毋庸置疑地成为了主要突破点。大部分汽车企业已开始积极布局碳化硅上车应用，碳化硅功率半导体产业在中国乃至全球都处于爆发前夜，国内车用碳化硅功率的发展，需要车企、Tier1和碳化硅器件厂家的共同努力。

 

碳化硅(silicon carbide，SiC)功率器件作为一种宽禁带器件，具有耐高压、高温，导通电阻低，开关速度快等优点。如何充分发挥碳化硅器件的这些优势性能则给封装技术带来了新的挑战：传统封装杂散电感参数较大，难以匹配器件的快速开关特性；器件高温工作时，封装可靠性降低；以及模块的多功能集成封装与高功率密度需求等。针对上述挑战，本文分析传统封装结构中杂散电感参数大的根本原因，并对国内外的现有低寄生电感封装方式进行分类对比；罗列比较现有提高封装高温可靠性的材料和制作工艺，如芯片连接材料与技术；最后，讨论现有多功能集成封装方法，介绍多种先进散热方法。在前面综述的基础上，结合电力电子的发展趋势，对 SiC 器件封装技术进行归纳和展望。近20多年来，碳化硅(Silicon Carbide，SiC)作为一种宽禁带功率器件，受到人们越来越多的关注。

 

与硅相比，碳化硅具有很多优点，如：碳化硅的禁带宽度更大，这使碳化硅器件拥有更低的漏电流及更高的工作温度，抗辐照能力得到提升；碳化硅材料击穿电场是硅的 10 倍，因此，其器件可设计更高的掺杂浓度及更薄的外延厚度，与相同电压等级的硅功率器件相比，导通电阻更低；碳化硅具有高电子饱和速度的特性，使器件可工作在更高的开关频率；同时，碳化硅材料更高的热导率也有助于提升系统的整体功率密度。碳化硅器件的高频、高压、耐高温、开关速度快、损耗低等特性，使电力电子系统的效率和功率密度朝着更高的方向前进。碳化硅器件的这些优良特性，需要通过封装与电路系统实现功率和信号的高效、高可靠连接，才能得到完美展现，而现有的传统封装技术应用于碳化硅器件时面临着一些关键挑战。碳化硅器件的结电容更小，栅极电荷低，因此，开关速度极快，开关过程中的 dv/dt 和 di/dt 均极高。虽然器件开关损耗显著降低，但传统封装中杂散电感参数较大，在极高的 di/dt 下会产生更大的电压过冲以及振荡，引起器件电压应力、损耗的增加以及电磁干扰问题。在相同杂散电容情况下，更高的dv/dt 也会增加共模电流。针对上述问题，国内外学者们研究开发了一系列新的封装结构，用于减小杂散参数，特别是降低杂散电感。

 

除开关速度更快外，碳化硅器件的工作温度可达到 300℃以上。而现有适用于硅器件的传统封装材料及结构一般工作在 150℃以下，在更高温度时可靠性急剧下降，甚至无法正常运行。解决这一问题的关键在于找出适宜高温工作的连接材料，匹配封装中不同材料的热性能。此外，多功能集成封装技术以及先进的散热技术在提升功率密度等方面也起着关键作用。本文重点就低杂散电感封装、高温封装以及多功能集成封装 3 个关键技术方向对现有碳化硅功率器件的封装进行梳理和总结，并分析和展望所面临的挑战和机遇。

 

一、低杂散电感封装技术目前已有的大部分商用 SiC 器件仍采用传统 Si器件的封装方式，如图 1 所示。该方式首先通过焊锡将芯片背部焊接在基板上，再通过金属键合线引出正面电极，最后进行塑封或者灌胶。传统封装技术成熟，成本低，而且可兼容和替代原有 Si 基器件。但是，传统封装结构导致其杂散电感参数较大，在碳化硅器件快速开关过程中造成严重电压过冲，也导致损耗增加及电磁干扰等问题。而杂散电感的大小与开关换流回路的面积相关。其中，金属键合连接方式、元件引脚和多个芯片的平面布局是造成传统封装换流回路面积较大的关键影响因素。表 1 列出了典型的碳化硅器件封装结构并进行分类，同时列出了相关封装方式的杂散电感参数大小。由表 1 可知，消除金属键合线可以有效减小杂散电感值，将其大小控制在 5nH 以下。下面就其中典型的封装结构分别进行介绍。

1、单管翻转贴片封装 阿肯色大学团队借鉴 BGA 的封装技术，提出了一种单管的翻转贴片封装技术，如图 2 所示。该封装通过一个金属连接件将芯片背部电极翻转到和正面电极相同平面位置，然后在相应电极位置上植上焊锡球，消除了金属键合线和引脚端子。相比于 TO-247 封装，体积减小了 14 倍，导通电阻减小了 24%。

2、DBC+PCB 混合封装传统模块封装使用的敷铜陶瓷板(direct bonded copper-DBC)限定了芯片只能在二维平面上布局，电流回路面积大，杂散电感参数大。CPES、华中科技大学等团队将DBC 工艺和 PCB 板相结合，利用金属键合线将芯片上表面的连接到 PCB 板，控制换流回路在 PCB 层间，大大减小了电流回路面积，进而减小杂散电感参数。如图 3 所示，该混合封装可将杂散电感可控制在 5nH 以下，体积相比于传统模块下降 40%。

柔性PCB 板结合烧结银工艺的封装方式也被用于商业模块中。如图 4 所示为 Semikron 公司利用SKiN 封装技术制作的 1200V/400A 的 SiC 模块[11]。该技术采用柔性 PCB 板取代键合线实现芯片的上下表面电气连接，模块内部回路寄生电感仅有1.5nH，开关速度大于 50kV/s，损耗相比于传统模块可降低 50%。

该混合封装方式结合了 2 种成熟工艺的优势，易于制作，可实现低杂散电感以及更小的体积。但PCB 板的存在限制了上述封装方式高温运行的可靠性。3、芯片正面平面互连封装除采用柔性 PCB 板取代金属键合线外，还可使用平面互连的连接方式来实现芯片正面的连接。图 5 为 SiliconPower 公司采用端子直连(direct lead bonding，DLB)的焊接方法，类似的还有IR 的Cu-Clip IGBT，Siemens 的 SiPLIT 技术等。平面互连的方式不仅可以减小电流回路，进而减小杂散电感、电阻，还拥有更出色的温度循环特性以及可靠性。

用于 SiC 芯片的埋入式封装也可认为是一种芯片正面的平面直连封装。如图 6 所示，该方法将芯片置于陶瓷定位槽中，再用绝缘介质填充缝隙，最后覆盖掩膜两面溅射金属铜，实现电极连接。通过选择合理的封装材料，减小了模块在高温时的层间热应力，并能在 279℃的高温下测量模块的正反向特性。

平面直连的封装工艺通过消除金属键合线，将电流回路从 DBC 板平面布局拓展到芯片上下平面的层间布局，显著减小了回路面积，可实现低杂散电感参数，与之后介绍的双面散热封装以及三维封装实现低杂散电感的基本思路相同，只是实现方式略有不同。4、双面散热封装技术双面封装工艺由于可以双面散热、体积小，较多用于电动汽车内部 IGBT 的封装应用。图7为一典型的双面散热封装 SiC 模块，该模块上下表面均采用 DBC 板进行焊接，所以可实现上下表面同时散热。

该工艺的难点在于，芯片上表面需要进行溅射或电镀处理使其可焊接，并且在芯片上表面增加金属垫片、连接柱等来消除同一模块中不同高度芯片的高度差。再加上 SiC 芯片普遍面积小，如何保证在上表面有限面积范围内的焊接质量是该工艺过程中的关键。得益于上下 DBC 的对称布线与合理的芯片布局，该封装可将回路寄生电感参数降到3nH 以下，模块热阻相比于传统封装下降38%。国内如株洲中车时代电气、天津大学等团队都对此类双面封装模块进行了热、电气、可靠性等多方面的研究。

CPES 针对 10kV 的 SiC MOSFET 采用了如图 8所示的封装设计。使用银烧结技术将芯片和敷铝陶瓷板(direct bonded aluminum，DBA)、钼片相连接。其中芯片下部采用两层 DBA 板叠加，并将中间层连接到母线中间电压，一方面可以减小板子边缘的场强，另一方面减小了桥臂中点对地的寄生电容，降低 EMI。该模块可以采用双面散热，也可将瓷片电容焊接在芯片上部 DBA 板上，减小回路寄生电感到小于 5nH。图 9 为浙江大学和阿肯色大学合作提出的一种用于 SiC MOSFET 的双面压接模块。该模块使用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺和带有弹性的 Fuzz Button 取代传统 DBC 板和金属键合线实现芯片互联以及散热设计，回路寄生电感参数仅为 4.3nH。不足之处在于 LTCC 导热系数低，而且压接模块的特性对外部压力反应敏感。此外还有浙江大学与阿尔堡大学合作设计的直接通过螺钉固定的双面压接 SiC MOSFET 模块，也实现了低寄生电感参数和良好均匀的散热特性。

5、三维(3D)封装技术

三维封装技术利用了 SiC 功率器件垂直型的结构特点，将开关桥臂的下管直接叠在上管之上，消除了桥臂中点的多余布线，可将回路寄生电感降至1nH 以下。Vagnon于 2008 年即提出了利用金属片直连的模块单元，如图10(a)所示，并基于此封装制作了 Buck 变换器模块。实验测试表明，该 3D 封装模块基本消除了共源极电感，而且辐射电磁场相比于传统模块大大减小，共模电流也得到了很好的抑制。类似的，文献将 SiCMOSFET芯片嵌入 PCB 内部，形成如图 10(b)所示的 3D 封装形式。芯片表面首先经过镀铜处理，再借由过孔沉铜工艺将芯片电极引出，最后使用PCB 层压完成多层结构，图 10(c)为实物模块。得益于PCB 的母排结构，模块回路电感仅有 0.25nH，并可同时实现门极的开尔文连接方式。该封装的功率密度极高，如何保证芯片温度控制是一大难点，外层铜厚和表面热对流系数对芯片散热影响很大。除功率芯片之外，无源元件如磁芯，电容等均可通过适当的方式嵌入 PCB 当中以提高功率密度。

由上述新型结构可以看出，为充分发挥 SiC 器件的优势，提高功率密度，消除金属键合线连接是一种趋势。通过采用各种新型结构，降低模块回路寄生电感值，减小体积是推进电力电子走向高频、高效、高功率密度的保证。二、高温封装技术在进行芯片正面连接时可用铜线替代铝线，消除了键合线与 DBC 铜层之间的热膨胀系数差异，极大地提高模块工作的可靠性。此外，铝带、铜带连接工艺因其更大的截流能力、更好的功率循环以及散热能力，也有望为碳化硅提供更佳的解决方案。图 11 所示分别为铜键合线、铜带连接方式。

锡片或锡膏常用于芯片和 DBC 板的连接，焊接技术非常成熟而且简单，通过调整焊锡成分比例，改进锡膏印刷技术，真空焊接减小空洞率，添加还原气体等可实现极高质量的焊接工艺。但焊锡热导率较低(~50W/(mK))，且会随温度变化等，并不适宜 SiC 器件在高温下工作。此外，焊锡层的可靠性问题也是模块失效的一大原因。烧结银连接技术凭借其极高的热导率(~200W/(m·K))，低烧结温度，高熔点等优势，有望取代焊锡成为 SiC 器件的新型连接方法[38-39]。银烧结工艺通常是将银粉与有机溶剂混合成银焊膏，再印刷到基板上，通过预热除去有机溶剂，然后加压烧结实现芯片和基板的连接。为降低烧结温度，一种方法是增大烧结中施加的压力，这增加了相应的设备成本，而且容易造成芯片损坏；另一种方法是减小银颗粒的体积如采用纳米银颗粒，但颗粒加工成本高，所以很多研究继续针对微米银颗粒进行研究以得到合适的烧结温度、压力、时间参数来现更加理想的烧结效果。图 12 给出了一些典型的焊锡和烧结材料的热导率和工作温度对比图。

此外，为确保碳化硅器件稳定工作，陶瓷基板和金属底板也需要具备良好的高温可靠性。表 2、3分别给出了目前常用的一些基板绝缘材料和底板材料，其中：λ 为热导率；α为热膨胀系数；R为挠曲强度；ρ 为密度。λ 越高，散热效果越好，α 则影响了封装在高温工作时不同层材料之间的热应力大小，不同材料间α 差异越大，材料层间热应力就越高，可靠性越低。所以提高λ值 、α 值和碳化硅材料(3.7ppm/K)相近的材料是提高封装可靠性和关键所在。

如表2 所示，Al2O3 具有成本低，机械强度高等优点，是目前最常用的绝缘材料，但λ 值低，α值明显偏大，不适合碳化硅的高温工作。AlN λ值高，α 值接近 SiC 材料，成本合适，是目前较为理想的碳化硅器件的基板材料。BeO 虽然 λ 值高，但其强毒性则限制了其应用。Si3N4 α 值最接近 SiC材料，而且 R 值大，在热循环中更不容易断裂，也是一种适合碳化硅器件高温工作的绝缘材料，但其λ值较低，而且成本很高，限制了其广泛的应用。为提高陶瓷基板覆铜层的可靠性，覆铝陶瓷板(DBA)以及活性金属钎焊(active metal brazing，AMB)等工艺也受到人们越来越多的关注。如表 3所示，Cu 作为底板材料热导率最高，但其与基板之间热膨胀系数相差较大。Al 作为底板，成本低，还可显著降低整体重量，但在热导率和热膨胀系数匹配方面均表现较差。Cu基合金如 Cu/Mo，Cu/W，Cu/C 等在热导率和热膨胀系数方面性能均较为优越，但其密度和成本均较高。AlSiC 的成本，密度，热膨胀系数均十分理想，但缺点在于热导率较低。具体使用情况需要结合实际情况综合决定。综上可以看出，材料是保证碳化硅器件高温可靠工作的根本。而在实际设计过程是，考虑多方面综合因素寻找最合适的材料也是器件封装设计中的一大难点所在。

 

三、多功能集成封装技术

1、多功能集成封装技术

碳化硅器件的出现推动了电力电子朝着小型化的方向发展，其中集成化的趋势也日渐明显。瓷片电容的集成较为常见，通过将瓷片电容尽可能靠近功率芯片可有效减小功率回路寄生电感参数，减小开关过程中的震荡、过冲现象。但目前瓷片电容不耐高温，所以并不适宜于碳化硅的高温工作情况。驱动集成技术也逐渐引起了人们的重视，三菱、英飞凌等公司均提出了 SiC 智能功率模块(intelligent power module，IPM)，将驱动芯片以及相关保护电路集成到模块内部，并用于家电等设备当中。如图 13 所示，浙江大学团队通过将瓷片电容、驱动芯片和 1200V SiC 功率芯片集成在同一块 DBC 板上，使半桥模块面积仅为 TO-247 单管大小，极大地减小了驱动回路和功率回路的寄生电感参数。阿肯色大学则针对碳化硅芯片开发了相关的 SiC CMOS 驱动芯片以充分开发 SiC 的高温性能。

此外，还有 EMI 滤波器集成，温度、电流传感器集成、微通道散热集成等均有运用到碳化硅封装设计当中。

 

2、散热技术散热技术也是电力电子系统设计的一大重点和难点。设计中，通常是将单管或模块贴在散热器上，再通过风冷或者液冷进行散热。将微通道集成在模块的基板内，使得模块整体热阻下降 34%。微通道散热技术也被用于芯片的直接散热，例如文献中介绍了用于宽禁带器件的 3 种典型方式：一种是将微通道直接做在芯片的衬底上；第 2 种则将微通道集成在芯片下层的厚金属层中；第 3 种则通过金属镀层和热介质材料将芯片直接连接到 Si 基微通道结构上。这种直接作用于芯片的散热技术消除了模块多层结构的限制，可以极大提高芯片的散热效率。相变散热技术如热管、喷雾等方式相比于单相气冷、水冷等具有更高的热导率，非常高效，也为 SiC 器件的散热提供了一种解决思路。图 14 给出了目前的散热方式之间的传热系数简单对比。

 

四、挑战机遇和前景展望

 

在电力电子朝着高效高功率密度发展的方向上前进时，器件的低杂散参数、高温封装以及多功能集成封装起着关键性作用。通过减小高频开关电流回路的面积实现低杂散电感是碳化硅封装的一种技术发展趋势。然而，实现碳化硅封装技术的突破并大规模应用，还需要开展大量的工作，以下列举一些核心挑战以及前景展望：

 

1、低杂散电感封装结构综合性能的进一步研究验证。例如封装结构的功率循环、温度循环能力，实际散热效果，制造难度和成本，以及实现大功率模组的串并联难易程度等。

 

2、适用于高温工作的封装材料的研究。开发耐高温、具有优良导热系数、热膨胀系数相互匹配的封装材料始终是提升封装高温工作可靠性的关键；同时，改进工艺、降低现有优良封装材料的生产成本和工艺难度也是封装朝着高温方向发展的重要制约因素。

 

3、多功能集成封装模块的内部干扰、共同散热等关键问题研究。模块的多功能集成是电力电子的发展趋势，但瓷片电容、传感器、栅极驱动等还无法完全匹配碳化硅的高温高频性能、散热和电磁兼容问题；开发高温电容、功率芯片片内集成传感器、研究 SiC CMOS 驱动芯片或者采用 SOI(silicon on insulator)等工艺方案都有待进一步探索。

 

4、新型散热方式的探索。减小芯片散热路径上的热阻是封装散热技术的关键，一方面，利用高导热系数材料，另一方面可以减少封装的层叠结构，如：DBC 直连散热器、微通道液冷散热器集成及芯片直接散热方式等均为碳化硅器件的散热提供了更多的可能。可以预见，碳化硅器件和封装技术的发展已经为电力电子技术打开了一扇更广阔的大门，助力电力电子技术朝着高频、高效、高功率密度的方向前进。

总结一下

 

本文分析和探讨了碳化硅器件封装中的 3 个关键技术问题：1、整理归纳了低杂散电感参数的新型封装结构，从设计原理上概括了其基本思路并列举了一些典型封装结构；2、总结了目前常用的一些高温封装方式和材料特性等，并指出高温封装中的关键性问题和解决思路；3、综述概括了现有的碳化硅封装多功能集成的趋势以及散热技术。最后，对碳化硅的封装技术作了展望，指出了其所面临的挑战和机遇。

来源：功率半导体生态圈