近幾十年來，以新發(fā)展起來的第3代寬禁帶功率半導體材料碳化硅（SiC）為基礎的功率半導體器件，憑借其優(yōu)異的性能備受人們關注。SiC與第1代半導體材料硅（Si）、鍺（Ge）和第2代半導體材料砷化鎵（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，開關頻率更高，損耗更低，穩(wěn)定性更好，被廣泛應用于替代硅基材料或硅基材料難以適應的應用場合。

（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強更高（臨界擊穿場強是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。相同電壓等級下，SiC功率半導體器件的漂移區(qū)可以做得更薄，可使整體功率模塊的尺寸更小，極大地提高了整個功率模塊的功率密度。另外，導通電阻R on 與擊穿場強的三次方成反比例關系，耐擊穿場強的能力高，導通電阻小，減小了器件開關過程中的導通損耗，提升了功率模塊的效率。

（2）耐溫更高：可以廣泛地應用于溫度超過600 ℃的高溫工況下，而Si基器件在600 ℃左右時，由于超過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）熱導率更高：SiC器件的熱導率比Si高3倍以上，高導熱率提升了器件和功率模塊的散熱能力，減低了對散熱系統(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器件的開關頻率是Si基IGBT的5~10倍，增強了器件的高頻能力。SiC器件不僅導通電阻R on 小，而且開關過程損耗也低，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)有的封裝技術大多都是沿用Si基器件的類似封裝，要充分發(fā)揮碳化硅的以上性能還有諸多關鍵問題亟待解決。

由于SiC器件的高頻特性，結電容小，柵極電荷低，開關速度快，開關過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，極易產生電壓過沖和振蕩現(xiàn)象，造成器件電壓應力、損耗的增加和電磁干擾問題。

關于在高溫、嚴寒等極端條件下可靠性急劇下降等問題，急需尋求適應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。針對模塊內部互擾、多面散熱、大容量串并聯(lián)、制造成本和難度等問題，適當減少熱界面層數(shù)，縮減模塊體積，提升功率密度和多功能集成是未來的趨勢。采用先進散熱技術、加壓燒結工藝，設計功率半導體芯片一體化，優(yōu)化多芯片布局等方式，起著一定的關鍵作用。

針對上述問題，國內外專家及其團隊研發(fā)不同封裝技術，用于提升模塊性能，降低雜散參數(shù)，增強高溫可靠性。

美國 Wolfspeed 公司研發(fā)出結溫超過 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GE公司的全球研究中心設計了一種疊層母線結構，構造與模塊重疊并聯(lián)的傳導路徑，使回路電感降至4. 5 nH。德國賽米控公司采用納米銀燒結和SKiN布線技術，研發(fā)出SiC功率模塊的高溫、低感封裝方法。德國英飛凌公司采用壓接連接技術，研制出高壓 SiC 功率模塊。德國Fraunholfer 研究所采用 3D 集成技術研制出高溫（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采用緊湊化設計，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，應用于車用電機控制器。

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

本文中重點聚焦典型封裝結構下，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理等關鍵技術內容的梳理總結，最后展望了未來加壓燒結封裝技術和材料的發(fā)展。